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Efficacia - Metodo NTU

1955
  • W. M. Kays
  • A. L. London
Scambiatore di calore utilizzato in termodinamica per l'analisi dell'efficacia: metodo NTU.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

The Effectiveness-NTU metodo 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].

Il metodo Effectiveness-NTU fornisce una valida alternativa al 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
- Termodinamica

Tipo

Sistema astratto

Interruzione

Incrementale

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • Metodo LMTD per l'analisi degli scambiatori di calore
  • concetto di numeri adimensionali in meccanica dei fluidi e trasferimento di calore (ad esempio, Reynolds, numeri di Prandtl)
  • progressi nella termodinamica e nella dinamica dei fluidi all'inizio del XX secolo

Applicazioni

  • analisi dei rigeneratori delle turbine a gas
  • progettazione di scambiatori di calore compatti in cui le temperature di uscita sono difficili da prevedere
  • valutazione delle prestazioni dei sistemi di raffreddamento elettronici
  • progettazione del radiatore automobilistico
  • sistemi di gestione termica aerospaziale

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

  • integrazione di modelli basati su NTU in algoritmi di apprendimento automatico per la manutenzione predittiva degli scambiatori di calore industriali
  • sviluppo di sistemi modulari di scambiatori di calore in cui le unità (NTU) possono essere aggiunte o rimosse per soddisfare le richieste di carico termico
  • Dissipatori di calore a microcanali ottimizzati NTU per elettronica ad alta densità di potenza e diodi laser
  • strumenti software che generano automaticamente curve di efficacia ntu per nuove geometrie di scambiatori di calore stampati in 3D
  • modellazione dinamica NTU per l'analisi transitoria dei sistemi di recupero del calore di scarto nei veicoli ibridi
  • applicazione del metodo ntu ai sistemi biologici, come la modellazione dello scambio di calore nei sistemi circolatori animali
  • garanzie di prestazione basate su NTU per prodotti di scambiatori di calore commerciali
  • creation of advanced composite materials with tunable thermal conductivity to actively control a heat exchanger’s ntu value
  • utilizzo del metodo ntu per progettare sistemi di accumulo termico accoppiati a scambiatori di calore
  • sviluppo di software didattico che visualizza la relazione tra ntu, efficacia e configurazione del flusso
Argomenti correlati: efficacia, NTU, scambiatore di calore, trasferimento di calore, Kays e London, termodinamica, numero adimensionale, progettazione termica, scambiatore di calore compatto, rapporto di capacità.

Contesto storico

Efficacia - Metodo NTU

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(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

decimo anno anniversario

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