مقايسه انواع مبدل حرارتي پوسته و لوله و صفحه اي

مبدل حرارتي دستگاهي است كه اجازه مي دهد تا حرارت از يك سيال (مايع يا گاز) به يك سيال دوم (مايع يا گاز ديگري) بدون اينكه دو مايع مجبور شوند با هم مخلوط شوند يا در تماس مستقيم قرار گيرند منتقل شود.

از نظر تئوري ، ما مي توانيم گرما را از جت هاي گاز فقط با انداختن آب سرد روي آنها بگيريم ، اما سپس شعله هاي آتش خاموش مي شود! اصل اساسي مبدل حرارتي اين است كه بدون انتقال سيال حامل گرما ، گرما را انتقال مي دهد.

مبدل حرارتي صفحه اي

مبدل حرارتي صفحه اي از صفحات نازك ، كمي از هم جدا شده تشكيل شده اند كه داراي سطح بسيار بزرگ و عبور جريان سيال كوچك براي انتقال گرما هستند. پيشرفت در تكنولوژي واشر و لحيم كاري ، مبدل حرارتي از نوع صفحه را عملي تر كرده است. در كاربردهاي HVAC ، مبدل هاي حرارتي بزرگ از اين نوع صفحه و فريم ناميده مي شوند.

هنگامي كه در حلقه هاي باز استفاده مي شود ، اين مبدل هاي حرارتي معمولاً از نوع واشر هستند تا اجازه جدا شدن ، تميز كردن و بازرسي دوره اي را بدهند. انواع مختلفي از مبدل حرارتي صفحه اي باند دائمي وجود دارد ، مانند انواع بشقاب ماسوره اي ، لحيم كاري شده در خلا و جوش داده شده ، و آنها اغلب براي كاربردهاي حلقه بسته مانند تبريد مشخص مي شوند. مبدلهاي حرارتي صفحات نيز در انواع صفحات مورد استفاده و در تنظيمات آن صفحات تفاوت دارند. برخي از صفحات ممكن است با "شورون" ، گودي ، يا الگوهاي ديگر مهر شده باشند ، جايي كه ممكن است ديگران داراي باله و يا شيارهاي ماشينكاري شده باشند.

مبدل حرارتي پوسته و لوله

به نقل قول از wikipedia مبدل حرارتي پوسته و لوله مجموعه اي از لوله هاي حاوي مايعي هستند كه بايد گرم يا سرد شوند. سيال دوم از روي لوله هايي كه در حال گرم شدن يا خنك شدن هستند عبور مي كند تا بتواند گرما را تأمين كند يا گرماي مورد نياز را جذب كند.

مبدل حرارتي پوسته و لوله به طور معمول براي اعمال فشار بالا (با فشارهاي بيشتر از 30 بار و درجه حرارت بيشتر) استفاده مي شود بيش از 260 درجه سانتيگراد). دليل اين امر شكل مقاوم مبدل هاي حرارتي پوسته و لوله هستند.

هنگام طراحي لوله ها در مبدل هاي حرارتي پوسته و لوله ، چندين ويژگي طراحي حرارتي بايد در نظر گرفته شود:

تغييرات زيادي در طراحي پوسته و لوله وجود دارد. به طور معمول ، انتهاي هر لوله از طريق سوراخ هاي موجود در صفحات لوله به پلنوم (كه بعضا جعبه آب نيز ناميده مي شود) متصل مي شوند.

لوله ها ممكن است به صورت U خم شوند كه به آنها لوله هاي U شكل ناميده مي شوند.

• قطر لوله: استفاده از قطر لوله كوچك مبدل حرارتي را هم اقتصادي و هم فشرده مي كند. با اين حال ، احتمال بيشتري دارد كه مبدل حرارتي سريعتر خراب شود و اندازه كوچك ، تميز كردن مكانيكي رسوب را دشوار مي كند. براي غلبه بر مشكلات رسوب و تميز كردن ، مي توان از قطرهاي بزرگتر لوله استفاده كرد. بنابراين براي تعيين قطر لوله ، فضاي موجود ، هزينه و رسوب مايعات بايد در نظر گرفته شود.
• ضخامت لوله: ضخامت ديواره لوله ها معمولاً براي اطمينان از موارد زير تعيين مي شود:

1. فضاي كافي براي خوردگي وجود دارد
2. اين ارتعاش ناشي از جريان داراي مقاومت است
3. مقاومت محوري
4. در دسترس بودن قطعات يدكي
5. قدرت حلقه (براي مقاومت در برابر فشار داخلي لوله)
6. قدرت كمانش (براي مقاومت در برابر فشار بيش از حد در پوسته)

• طول لوله: مبدل هاي حرارتي كه معمولا داراي قطر پوسته كوچكتر و طول لوله طولاني باشند ارزانتر هستند. بنابراين ، به طور معمول اين هدف وجود دارد كه مبدل حرارتي را تا آنجا كه از نظر جسمي امكان پذير است در حالي كه از توانايي توليد بيشتر نمي كند. با اين حال ، محدوديت هاي زيادي براي اين امر وجود دارد ، از جمله فضاي موجود در محل نصب و نياز به اطمينان از وجود لوله ها در طول هايي كه دو برابر طول مورد نياز است (بنابراين مي توان آنها را برداشت و جايگزين كرد). همچنين ، بيرون آوردن و تعويض لوله هاي باريك و بلند مشكل است.
• پيچ لوله: هنگام طراحي لوله ها ، اطمينان از اينكه فاصله مركز لوله هاي مجاور كمتر از 1.25 برابر قطر خارجي لوله ها نباشد ، عملي است. گام لوله بزرگتر منجر به قطر پوسته كلي بيشتر مي شود كه منجر به مبدل حرارتي گرانتري مي شود.
• راه راه لوله: اين نوع لوله ها كه عمدتا براي لوله هاي داخلي استفاده مي شود ، تلاطم مايعات را افزايش مي دهد و اثر در انتقال حرارت با عملكرد بهتر بسيار مهم است.
• طرح لوله: به نحوه قرارگيري لوله ها در داخل پوسته اشاره دارد. چهار نوع طرح اصلي لوله وجود دارد كه عبارتند از: مثلثي (30 درجه) ، مثلث چرخانده شده (60 درجه) ، مربع (90 درجه) و مربع چرخشي (45 درجه). از الگوهاي مثلثي براي انتقال گرماي بيشتر استفاده مي شود زيرا سيال را به حالت متلاطم تري در اطراف لوله كشي جريان مي دهد. الگوهاي مربعي در مواردي كه رسوب زياد تجربه مي شود و نظافت منظم تر است.
• طراحي Baffle: از bafle ها در مبدل هاي حرارتي پوسته و لوله براي هدايت مايع در سراسر بسته لوله استفاده مي شود. آنها عمود بر پوسته قرار گرفته و بسته را نگه داشته و از افتادگي لوله ها در طول طولاني جلوگيري مي كنند. همچنين مي توانند از لرزش لوله ها جلوگيري كنند. متداول ترين نوع بافل ، بافل مقطعي است. بافل هاي سگمنتال نيم دايره در 180 درجه به بافل هاي مجاور جهت يافته و مايعات را به سمت بالا و پايين بين بسته نرم افزاري لوله هدايت مي كنند. فاصله بافل هنگام طراحي مبدل هاي حرارتي پوسته و لوله از اهميت ترموديناميكي برخوردار است. براي تغيير افت فشار و انتقال گرما بايد بافل ها را در نظر گرفت. براي بهينه سازي اقتصادي حرارتي پيشنهاد مي شود كه فاصله بافل ها از 20٪ قطر داخلي پوسته فاصله نباشد. فاصله بيش از حد بافرها باعث افت فشار بيشتر به دليل تغيير مسير جريان مي شود. در نتيجه فاصله فاصله بيش از حد از دكل ها به اين معني است كه ممكن است در گوشه هاي بين دكمه هاي خنك لكه هاي خنك تري وجود داشته باشد. همچنين اطمينان حاصل كنيد كه فاصله بافل ها به اندازه كافي نزديك نيست تا لوله ها آويزان نشوند. نوع اصلي ديگر سرپيچي ، ديسك و دونات است كه از دو بافل متحدالمركز تشكيل شده است. بافل بيروني و عريض تر شبيه دونات است ، در حالي كه شكل بافل داخلي به صورت ديسك است. اين نوع سرپيچي سيال را وادار مي كند تا از هر طرف ديسك عبور كند و سپس از طريق بافل پيراشكي نوع متفاوتي از جريان مايع را توليد كند.
• طراحي لوله ها و باله ها: براي استفاده در خنك سازي هوا با استفاده از فناوري پوسته و لوله (مانند كولر هوا / كولر شارژي براي موتورهاي احتراق) ، تفاوت در انتقال حرارت بين هوا و مايع سرد مي تواند به حدي باشد كه نياز به افزايش وجود دارد منطقه انتقال حرارت در سمت هوا. براي اين عملكرد مي توان پره ها را روي لوله ها اضافه كرد تا ناحيه انتقال حرارت در سمت هوا افزايش يابد و پيكربندي لوله ها و پره ها ايجاد شود.

مبدلهاي حرارتي مايع خنك شده لوله ثابت مخصوصاً مناسب براي كاربردهاي دريايي و سخت را مي توان با پوسته هاي برنجي يا آلومينيومي ، لوله هاي مس يا نيكل مس ، دكمه هاي برنجي و توپي هاي انتگرال برنجي جعلي مونتاژ كرد.

مقايسه مبدل حرارتي پوسته و لوله و صفحه اي

در صورت مقايسه مبدل حرارتي صفحه اي با مبدل هاي پوسته و لوله ، ترتيب صفحه پشته اي حجم و هزينه كمتري دارد. تفاوت ديگر اين دو در اين است كه مبدلهاي صفحه اي معمولاً مايعات با فشار كم تا متوسط ​​را در مقايسه با فشارهاي متوسط ​​و زياد پوسته و لوله كار مي كنند. سومين و تفاوت مهم اين است كه مبدلهاي صفحه اي بيشتر از جريان جريان متقابل ، جريان خلاف جريان را به كار مي گيرند ، كه اين امر باعث مي شود اختلاف درجه حرارت نزديك ، تغييرات دما بالا و بازده افزايش يابد.

منبع : ترجمه شده از en.wikipedia