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Méthode d'efficacité NTU

1955
  • W. M. Kays
  • A. L. London
Échangeur de chaleur utilisé en thermodynamique pour l'analyse d'efficacité par la méthode NTU.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

The Effectiveness-NTU méthode is used in heat exchanger analysis when fluid inlet temperatures are known, but outlet temperatures are not. Effectiveness ([latex]\epsilon[/latex]) is the ratio of actual heat transfer to the maximum possible heat transfer. The Number of Transfer Units (NTU) is a dimensionless measure of the heat exchanger’s size, defined as [latex]NTU = \frac{UA}{C_{min}}[/latex].

La méthode Effectiveness-NTU offre une alternative performante à la LMTD method, especially in situations where iterating to find outlet temperatures would be cumbersome. The core of the method lies in three dimensionless parameters: effectiveness ([latex]\epsilon[/latex]), the number of transfer units (NTU), and the heat capacity rate ratio ([latex]C_r = C_{min}/C_{max}[/latex]). The maximum possible heat transfer rate, [latex]Q_{max}[/latex], occurs in a hypothetical infinitely long counter-flow heat exchanger, where the fluid with the smaller heat capacity rate ([latex]C_{min}[/latex]) undergoes the maximum possible temperature change, [latex]\Delta T_{max} = T_{h,in} – T_{c,in}[/latex]. Thus, [latex]Q_{max} = C_{min}(T_{h,in} – T_{c,in})[/latex]. The actual heat transfer is then simply [latex]Q = \epsilon Q_{max}[/latex]. The key is that effectiveness ([latex]\epsilon[/latex]) can be expressed as a function of only NTU and [latex]C_r[/latex] for a given flow arrangement. For example, for a parallel-flow exchanger, the relationship is [latex]\epsilon = \frac{1 – \exp[-NTU(1+C_r)]}{1+C_r}[/latex]. These relationships have been derived and charted for numerous common heat exchanger configurations, allowing engineers to quickly determine the performance of a given exchanger or to size a new one without knowing the outlet temperatures beforehand. This method is particularly useful in design and optimization studies where the impact of changing the exchanger’s size (and thus NTU) on its performance (effectiveness) is being investigated.

UNESCO Nomenclature: 3328
– Thermodynamique

Taper

Système abstrait

Perturbation

Incrémentale

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • Méthode LMTD pour l'analyse des échangeurs de chaleur
  • concept de nombres sans dimension dans mécanique des fluides et le transfert de chaleur (par exemple, Reynolds, nombres de prandtl)
  • progrès en thermodynamique et en dynamique des fluides au début du XXe siècle

Applications

  • analyse des régénérateurs de turbines à gaz
  • conception d'échangeurs de chaleur compacts lorsque les températures de sortie sont difficiles à prévoir
  • évaluation des performances des systèmes de refroidissement électroniques
  • conception de radiateur automobile
  • systèmes de gestion thermique aérospatiaux

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

  • Intégration de modèles basés sur NTU dans des algorithmes d'apprentissage automatique pour la maintenance prédictive des échangeurs de chaleur industriels
  • développement de systèmes d'échangeurs de chaleur modulaires où des unités (NTU) peuvent être ajoutées ou retirées pour répondre aux besoins en chaleur
  • Dissipateurs thermiques à microcanaux optimisés pour les composants électroniques et les diodes laser à haute densité de puissance
  • outils logiciels qui génèrent automatiquement des courbes d'efficacité NTU pour de nouvelles géométries d'échangeurs de chaleur imprimés en 3D
  • Modélisation dynamique NTU pour l'analyse transitoire des systèmes de récupération de chaleur résiduelle dans les véhicules hybrides
  • application de la méthode ntu aux systèmes biologiques, comme la modélisation des échanges de chaleur dans les systèmes circulatoires animaux
  • garanties de performance basées sur l'unité de traitement (NTU) pour les échangeurs de chaleur commerciaux
  • creation of advanced composite materials with tunable thermal conductivity to actively control a heat exchanger’s ntu value
  • utilisation de la méthode NTU pour concevoir des systèmes de stockage thermique couplés à des échangeurs de chaleur
  • développement d'un logiciel éducatif qui visualise la relation entre les unités de formation continue (UFC), l'efficacité et la configuration du flux.
Lié à : efficacité, NTU, échangeur de chaleur, transfert de chaleur, Kays et London, thermodynamique, nombre sans dimension, conception thermique, échangeur de chaleur compact, rapport de capacité.

Contexte historique

Méthode d'efficacité NTU

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(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

10e année anniversaire

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