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A mechanism for heat transfer in a Votator-type scraped-surface heat exchanger

1971; Elsevier BV; Volume: 26; Issue: 12 Linguagem: Alemão

10.1016/0009-2509(71)80037-4

1873-4405

A.M. Trommelen, W.J. Beek, H.C. Van De Westelaken,

Magnetic and Electromagnetic Effects

The mechanism for heat transfer in a SSHE consists of three steps, viz.: Penetration of heat by conduction in a thin layer close to the heat transfer surface in the time between two scrapings. Partial temperature equalization in the boundary layer that builds up on the scraper blade. Convective radial transport from the cooled layer to the bulk of the liquid. Taylor vortices contribute to this radial transport. Heat transfer measurements were conducted under various conditions. The heat transfer coefficient can be described by means of an equation resulting from penetration theory, modified by an empirically determined correction factor ϕ. In ϕ are included: The incompleteness of the temperature equalization in the boundary layer. The effect of radial dispersion. The decrease in driving force for heat transfer due to axial dispersion. When the influence of the axial dispersion on heat transfer is absent (high mass flow rates), ϕ is a function of Pr. If Taylor vortices are present, the value of ϕ is independent of ReR. Below the critical Reynolds number ϕ decreases due to insufficient radial mixing. At low mass flow rates the influence of the axial dispersion on the driving force for heat transfer is important. The apparent decrease in heat transfer coefficient due to this effect can be calculated. To do so, the plug flow with dispersion model is applied in which the axial dispersion coefficient is calculated from the standard deviation of the residence time distribution curve. Le mécanisme du transfert de chaleur dans un échangeur de température à surface balayée se fait en 3 stades: Pénétration de la chaleur par conduction dans une couche fine près de la surface du transfert de chaleur dans le temps compris entre deux passages de lames. Egalisation partielle de la température dans la couche limite qui se forme sur la lame. Transport radial de convection de la couche refroidie à l'ensemble du liquide. Les tourbillons de Taylor contribuent à ce transport radial. Des mesures du transfert de chaleur furent effectuées dans différentes conditions. Le coefficient du transfert de chaleur peut être décrit à l'aide d'une équation résultant de la théorie de la pénétration et modifiée par un facteur ϕ de correction, déterminé empiriquement. ϕ comprend: L'inachêvement de l'égalisation de la température dans la couche limite. L'effet de la dispersion radiale. La diminution de la force d'entraînement du transfert de chaleur, due à la dispersion axiale. Quand l'influence de la dispersion axiale sur le transfert de chaleur est absente (passage de grandes quantités de liquide) ϕ est fonction de Pr. Si les tourbillons de Taylor sont présents, la valeur de ϕ est indépendante de ReR. En dessous du nombre critique de Reynolds ϕ diminue à cause d'un mélange axial insuffisant. Avec un écoulement restreint, l'influence de la dispersion axiale sur la force d'entraînement du transfert de chaleur est importante. La diminution apparente du coefficient de transfert de chaleur dù à cet effet peut être calculée. Pour se faire il faut appliquer le modèle d'écoulement sans mélange et avec dispersion, dans lequel le coefficient de dispersion axiale est calculé d'après la déviation standard de la courbe de distribution du temps de passage. Der Mechanismus der Wärmeübertragung in einem SSHE setzt sich aus drei Stufen zusammen, nämlich: Eindringen von Wärme durch Wärmeleitung in einer dünnen Schicht nahe der Wärmeübertragungs-oberfläche in dem Zeitraum zwischen zwei Schabvorgängen. Teilweiser Temperaturausgleich in der sich an der Schaufelkante bildenden Grenzschicht. Konvektiver Radialtransport aus der gekühlten Schicht zur Masse der Flüssigkeit. Taylorsche Wirbelströmungen tragen zu diesem Radialtransport bei. Die Wärmeübertragungsmessungen wurden unter verschiedenen Bedingungen durchgeführt. Der Wärmeübertragungskoeffizient kann mittels einer sich aus der Penetrationstheorie ergebenden Gleichung, abgeändert durch einen empirisch ermittelten Korrektionsfaktor ϕ beschrieben werden. Der. Faktor ϕ umfasst: Die Unvollständigkeit des Temperaturausgleichs in der Grenzchicht. Die Wirkung der Radialdispersion. Die Abnahme in Triebkraft zum Wärmeaustausch infolge axialer Dispersion. Wenn eine Wirkung der axialen Dispersion nicht vorhanden ist (hohe Stoffströmungsgeschwindigkeiten) wird ϕ eine Funktion von Pr. Wenn Taylorsche Wirbelströmungen vorhanden sind, wird der Wert von ϕ unabhängig von ReR. Unterhalb der kritischen Reynoldsschen Zahl nimmt ϕ ab infolge ungenügender Radialmischung. Bei niedrigen Stoffströmungsgeschwindigkeiten wird die Wirkung der axialen Dispersion auf die Triebkraft zum Wärmeaustausch bedeutend. Die scheinbare Abnahme des Wärmeübertragungs-koeffizienten infolge dieser Wirkung kann errechnet werden. Zu diesem Zweck wird Pfropfströmung bei dem Dispersionsmodell angenommen, wobei dann der axiale Dispersionskoeffizient aus der mittleren quadratischen Abweichung der Verweilzeitverteilungskurve berechnet wird.