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有効性-NTU法

1955
  • W. M. Kays
  • A. L. London
熱交換器は、熱力学における有効性分析(NTU法)に用いられる。

(画像はイメージです)

The Effectiveness-NTU 方法 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].

The Effectiveness-NTU method provides a powerful alternative to the 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
熱力学

タイプ

抽象システム

混乱

増分

使用法

広く普及している

前駆物質

  • 熱交換器解析のためのLMTD法
  • concept of dimensionless numbers in fluid mechanics and heat transfer (e.g., reynolds, prandtl numbers)
  • 20世紀初頭における熱力学および流体力学の進歩

アプリケーション

  • ガスタービン再生器の解析
  • 出口温度の予測が困難な小型熱交換器の設計
  • 電子機器冷却システムの性能評価
  • 自動車用ラジエーターの設計
  • 航空宇宙用熱管理システム

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

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歴史的背景

有効性-NTU法

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(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

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