، تهران , (اخبار رسمی): مبدل حرارتی وسایلی هستند که گرما را از مکانی به مکان دیگر منتقل می کنند. آنها در همه چیز از تهویه مطبوع گرفته تا رادیاتور خودرو استفاده می شوند. بیایید در مورد انواع مبدل حرارتی، چرایی استفاده از آنها در صنایع مختلف و مزایا و معایب هر نوع صحبت کنیم.
مبدل حرارتی صفحه ای :
انواع مبدل حرارتی صفحه ای از صفحات نازک و مسطح با فاصله بین آنها ساخته شده اند. مایع گرم از یک فضای عبور می کند و مایع سرد از فضای بعدی عبور می کند. وقتی از کنار هم عبور می‌کنند، بدون اینکه واقعاً دست بزنند، همدیگر را «پنج» می‌کنند (تبادل گرما می‌کنند). آنها در انتقال سریع گرما بسیار خوب هستند و فضای زیادی را اشغال نمی کنند، بنابراین مشاغلی که فضای زیادی ندارند آنها را دوست دارند. آنها را در مکان هایی که غذا درست می کنند یا در کشتی های بزرگ پیدا خواهید کرد. نقطه ضعف این است که آنها نمی توانند گرما و فشار زیادی را به اندازه نوع پوسته و لوله تحمل کنند، و اگر آنها را به درستی تمیز نکنید، می توانید با یک آشفتگی بزرگ روبرو شوید.
آنها به دلیل کارایی و اثربخشی خود بسیار شناخته شده هستند، به ویژه هنگامی که با مبدل های حرارتی پوسته و لوله سنتی تر مقایسه می شوند. طراحی، ماشین‌کاری و مونتاژ مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای چندین ویژگی مزیت را به آنها می‌دهد که آنها را برای صنایع مختلف مناسب می‌کند.
ساختار اصلی مبدل حرارتی صفحه ای شامل یک سری صفحات نازک موجدار است که از فلزی مانند فولاد ضد زنگ یا تیتانیوم فشرده شده اند. این صفحات در یک قاب مونتاژ شده و به گونه ای چیده شده اند که کانال های جریان موازی را تشکیل می دهند. یک سیال در هر کانال دیگر جریان دارد، در حالی که سیال دوم در کانال های متناوب جریان دارد و هرگز با سیال اول مخلوط نمی شود.
موج دار بودن صفحات نه تنها آنها را تقویت می کند بلکه باعث ایجاد تلاطم در سیالات می شود. این تلاطم به طور قابل توجهی بازده انتقال حرارت را افزایش می دهد، زیرا تشکیل یک لایه مرزی راکد سیال در کنار صفحات را مختل می کند، یک کاهش دهنده راندمان رایج در مبدل های حرارتی با سطح صاف.
راندمان انتقال حرارت بالا مبدل حرارتی صفحه ای :
یکی از مزایای اصلی PHE ها ضریب انتقال حرارت بالای آنها است. این ناشی از سطح بزرگی است که صفحات نسبت به حجم سیال فراهم می‌کنند و تلاطم فوق‌الذکر که انتقال حرارت را افزایش می‌دهد. راندمان انتقال حرارت نیز با این واقعیت افزایش می‌یابد که جریان‌های سیال را می‌توان در یک آرایش مخالف هدایت کرد، که به طور گسترده به عنوان موثرترین ساختار جریان از نظر عملکرد حرارتی شناخته می‌شود.
مبدل حرارتی پوسته و لوله :
یک لوله بزرگ را تصور کنید که داخل آن لوله های کوچک زیادی وجود دارد. این یک مبدل حرارتی پوسته و لوله است. سیال داغ از طریق لوله های کوچک جریان می یابد و مایع سرد در اطراف آن لوله ها در داخل لوله بزرگ جریان می یابد. به این ترتیب، گرمای سیال داغ می تواند به سیال سرد منتقل شود بدون اینکه این دو هرگز با هم مخلوط شوند. اینها را در مکان‌هایی مانند نیروگاه‌ها و پالایشگاه‌های نفت زیاد پیدا می‌کنید، زیرا می‌توانند فشار بالا و چیزهای واقعاً گرم یا سرد را تحمل کنند. اما آنها می توانند بزرگ و حجیم باشند، فضای زیادی را اشغال کنند و شما باید آنها را زیاد تمیز کنید، که می تواند دردسرساز باشد.
مبدل حرارتی دو لوله ای ( لوله ای ) :
اکنون، اگر یک لوله بردارید و باله هایی روی آن قرار دهید (مثل اضافه کردن تعداد زیادی بال)، یک مبدل حرارتی لوله پره دار دارید. هوا یا مایعی می‌تواند روی باله‌ها و لوله‌ها جاری شود و خیلی سریع گرم یا سردتر شود. آنها برای گرم کردن و خنک کردن هوا عالی عمل می کنند و اغلب در دستگاه های تهویه مطبوع یا در مکان هایی که می خواهند در مصرف انرژی صرفه جویی کنند، مانند نیروگاه ها استفاده می شود. آنها بسیار محکم هستند و تمیز کردن آنها راحت تر از انواع دیگر است. اما اگر هوای اطراف آنها دارای کثیفی یا چیزهای زیادی باشد که می تواند آنها را مسدود کند، می تواند مشکل ساز باشد.
انتخاب مبدل حرارتی :
انتخاب مبدل حرارتی مانند انتخاب یک ماشین است. باید به این فکر کنید که قرار است کجا از آن استفاده کنید و چه چیزی برای شما مهم است. اگر با موقعیت‌های فوق‌العاده داغ یا پرفشار سر و کار دارید، یا به یک موقعیت بسیار بزرگ نیاز دارید، از نوع پوسته و لوله استفاده می‌کنید. اگر فضای کمی دارید و نیاز دارید چیزی را سریع گرم یا سرد کنید، نوع بشقاب را انتخاب کنید. و اگر به چیزی نیاز دارید که خیلی گران نیست، محکم نباشد و تمیز شود، لوله پره دار را انتخاب کنید.
به زبان ساده، مبدل‌های حرارتی به ما کمک می‌کنند تا از انرژی به‌طور کارآمد استفاده کنیم، خواه مطمئن شویم خانه‌هایمان گرم هستند، نوشیدنی‌هایمان سرد هستند یا کارخانه‌ها می‌توانند با مواد شیمیایی داغ کار کنند. هر نوع مجموعه ای از نقاط قوت و ضعف خود را دارد، بنابراین همه چیز در مورد یافتن مورد مناسب برای کار است.
اصول انتقال حرارت در مبدل های حرارتی :
در هسته عملیات یک مبدل حرارتی سه پدیده اصلی انتقال حرارت وجود دارد: هدایت، همرفت و تابش. هدایت انتقال حرارت از طریق یک جامد یا بین دو جامد در تماس مستقیم است که در آن گرما از مناطق با دمای بالا به مناطق پایین منتقل می شود. از سوی دیگر، همرفت شامل انتقال حرارت بین یک سطح و یک سیال در حال حرکت است که تا حد زیادی به سرعت سیال و خواص آن بستگی دارد. تشعشع، کمترین مورد استفاده در مبدل های حرارتی معمولی، شامل انتقال حرارت از طریق امواج الکترومغناطیسی بدون نیاز به واسطه است.
حالت های غالب در یک مبدل حرارتی رسانایی و همرفت هستند. رسانایی در دیواره های جامد مبدل حرارتی مشاهده می شود که دو سیال را از هم جدا می کند، در حالی که همرفت در حرکت سیالات در دو طرف این دیواره ها وجود دارد. بنابراین، کارایی یک مبدل حرارتی به بهینه سازی این مکانیسم ها برای انتقال حداکثر گرما با حداقل اختلاف دما بستگی دارد.
تکنیک های تقویتی برای انتقال حرارت مبدل حرارتی :
در کاربردهای صنعتی که راندمان عملکرد بسیار مهم است، انواع تکنیک های افزایش انتقال حرارت به کار گرفته می شود.
یکی از این تکنیک‌ها شامل استفاده از توربولاتورها است - دستگاه‌هایی که در مسیر جریان برای ایجاد یک جریان آشفته قرار می‌گیرند. این جریان آرام را از بین می برد و اثرات عایق لایه های مرزی تشکیل شده در مجاورت سطوح انتقال حرارت را به حداقل می رساند. جریان آشفته اختلاط سیال را افزایش می دهد و در نتیجه ضریب انتقال حرارت همرفتی را افزایش می دهد. این هرج و مرج بهبود یافته به طور موثر به معنای انتقال گرمای بیشتر بدون تغییر لزوماً دمای سیال گرمایشی یا خنک کننده یا اندازه مبدل حرارتی است.
یکی دیگر از طراحی های نوآورانه استفاده از لوله ها یا کویل های پیچ خورده است. پیچش در این لوله‌ها باعث می‌شود که سیال در طول حرکت بچرخد، بنابراین به طور مداوم الگوی جریان را مختل می‌کند و تماس حرارتی بهتری با دیواره‌های لوله ایجاد می‌کند. طرح‌های لوله‌های پیچ خورده پیشرفت‌های قابل‌توجهی در نرخ انتقال حرارت نشان داده‌اند و به‌ویژه در کاربردهایی که فضا یا وزن یک محدودیت است، مفید هستند.
انتخاب مواد ساخت مبدل حرارتی و ترتیب جریان :
انتخاب مواد برای ساخت مبدل حرارتی یک تصمیم حیاتی است که بر کارایی آن تأثیر می گذارد. فلزاتی مانند مس یا آلومینیوم اغلب به دلیل رسانایی حرارتی بالا انتخاب می شوند که انتقال حرارت سریعتر را تسهیل می کند. از طرف دیگر، مواد رسانایی حرارتی بالا گران هستند و ممکن است مشکلات سازگاری با سیالات از نظر مقاومت در برابر خوردگی وجود داشته باشد. در نتیجه، مواد ارزان‌تر و کمتر رسانا پوشش داده شده یا آلیاژ شده با هادی‌های بهتر برای متعادل کردن هزینه و کارایی استفاده می‌شوند.
آرایش جریان، با اشاره به نحوه حرکت دو سیال نسبت به یکدیگر در مبدل، می تواند به صورت جریان موازی، جریان مخالف یا جریان متقاطع پیکربندی شود. در جریان موازی، هر دو سیال سرد و گرم در یک انتها وارد مبدل می شوند و در یک جهت حرکت می کنند. در اینجا، سرعت اولیه انتقال حرارت زیاد است، اما با کاهش گرادیان دما، به سرعت کاهش می یابد. پیکربندی جریان مخالف، با سیالاتی که در انتهای مخالف وارد می‌شوند و در جهت مخالف حرکت می‌کنند، گرادیان دمایی بالاتر و ثابت‌تری را حفظ می‌کند و ثابت می‌کند که از نظر انتقال حرارت کارآمدترین است. جریان متقاطع، از طرفی، سیالات را عمود بر یکدیگر حرکت می کند و اغلب در کاربردهایی استفاده می شود که یک یا چند سیال گاز هستند.
هر یک از این ترتیبات دارای معاوضه هایی است. برای مثال، در حالی که مبدل‌های حرارتی جریان مخالف معمولاً کارآمدتر هستند، ممکن است به دلیل محدودیت‌های طراحی یا پیامدهای هزینه، برای همه موقعیت‌ها مناسب نباشند. مهندسان باید این ملاحظات را به دقت متعادل کنند تا به عملکرد مطلوب متناسب با کاربرد خاص دست یابند.
نتیجه گیری :
راندمان حرارتی در انواع مبدل های حرارتی یک پازل چند بعدی است که نیاز به هماهنگی چندین عامل دارد. از مکانیسم‌های اصلی انتقال حرارت و تکنیک‌های بهبود پیشرونده گرفته تا انتخاب دقیق مواد و چیدمان جریان هوشمند، هر جنبه اهرمی برای تنظیم دقیق سیستم برای حداکثر کارایی ارائه می‌دهد. این یک تلاش برای مهندسی دقیق است که در آن قوانین ترمودینامیک با الزامات اقتصادی و عملیاتی برای تعریف مرز فناوری مبدل حرارتی مطابقت دارد.
### پایان خبر رسمی