مبدل حرارتی دستگاهی است که برای انتقال حرارت بین یک یا چند مایعات است. مایعات ممکن است توسط یک دیوار جامد جدا برای جلوگیری از مخلوط کردن و یا آنها ممکن است در تماس مستقیم باشد. آنها به طور گسترده در گرمایش فضا، تبرید، تهویه مطبوع، نیروگاه های انرژی، کارخانه های شیمیایی، پتروشیمی، پالایشگاه های نفت، طبیعی مورد استفاده قرار پردازش گاز، و درمان و فاضلاب. مثال کلاسیک از یک مبدل حرارتی است که در یک موتور احتراق داخلی که در آن یک مایع گردش شناخته شده به عنوان مایع خنک کننده موتور جریان از طریق کویل رادیاتور و جریان هوا گذشته کویل، که سرد خنک کننده و گرم هوا ورودی در بر داشت.
آرایش سه طبقه بندی اصلی مبدل های حرارتی با توجه به آرایش جریان آنها وجود دارد. در مبدل های حرارتی موازی جریان، دو سیال وارد مبدل در پایان همان، و سفر در موازات یکدیگر به طرف دیگر. در مبدل های حرارتی ضد جریان سیال از طرف مخالف وارد مبدل. شمارنده طراحی در حال حاضر از کارآمد ترین، که در آن می توانید بیشتر گرما را از گرما (انتقال) متوسط ​​در واحد جرم با توجه به این واقعیت است که متوسط ​​اختلاف درجه حرارت در طول هر واحد طول بالاتر است منتقل کنید. تبادل متقابل را مشاهده کنید. در یک مبدل حرارتی عبور جریان، مایعات سفر تقریبا عمود بر یکدیگر را از طریق مبدل.
برای بهره وری، مبدل های حرارتی طراحی شده اند به حداکثر رساندن سطح از دیوار بین دو سیال، در حالی که به حداقل رساندن مقاومت در برابر جریان سیال از طریق مبدلهای. عملکرد مبدل نیز می تواند علاوه بر این از باله یا های مقوای در یک یا هر دو جهت، که مساحت سطح را افزایش می دهد و ممکن است جریان سیال کانال و یا وادار به تلاطم تحت تاثیر قرار.
درجه حرارت رانندگی در سراسر سطح انتقال حرارت با موقعیت متفاوت است، اما متوسط ​​درجه حرارت مناسب را می توان تعریف شده است. در سیستم های ساده ترین این “ورود به سیستم به معنای اختلاف درجه حرارت” (LMTD) است. گاهی اوقات دانش مستقیم از LMTD در دسترس نیست و روش NTU استفاده شده است.
انواع
دو و لوله مبدلهای حرارتی ساده ترین مبدل های مورد استفاده در صنایع می باشد. از یک طرف، این مبدل های حرارتی برای هر دو طراحی و تعمیر و نگهداری ارزان هستند، آنها را یک انتخاب خوب برای صنایع کوچک. از سوی دیگر، بهره وری پایین خود همراه با فضای بالا اشغال شده در مقیاس های بزرگ، باعث شده است صنایع مدرن به استفاده از مبدل های حرارتی کارآمد تر مانند پوسته و لوله و یا صفحه. با این حال، از آنجا که دو مبدل های حرارتی لوله ساده است، آنها استفاده می شود برای آموزش اصول اولیه طراحی مبدل حرارتی به دانش آموزان به عنوان قوانین اساسی برای همه مبدل های حرارتی یکسان هستند. برای شروع طراحی یک مبدل حرارتی لوله دو، اولین قدم این است که محاسبه وظیفه حرارت مبدل حرارتی. لازم به ذکر است که برای طراحی آسان تر، بهتر است به چشم پوشی از دست دادن حرارت به محیط زیست جهت طراحی اولیه.
حرارتی پوسته و لوله مبدلهای
مبدل حرارتی پوسته و لوله
نوشتار اصلی: حرارتی پوسته و لوله مبدلهای
پوسته و لوله مبدلهای حرارتی از مجموعه ای از لوله های تشکیل شده است. یک مجموعه از این لوله ها شامل مایعی که باید یا گرم و یا سرد باشد. اجرا می شود مایع دوم در طول لوله که در حال گرم و یا سرد به طوری که آن هم می تواند گرما را فراهم و یا جذب گرما مورد نیاز است. مجموعه ای از لوله های به نام بسته نرم افزاری لوله و می توان از انواع مختلفی از لوله های ساخته شده: ساده، طولی پره دار، و غیره شل و لوله مبدلهای حرارتی معمولا برای برنامه های کاربردی با فشار بالا استفاده می شود (با فشار بیشتر از ۳۰ بار و در دماهای بیشتر از ۲۶۰ درجه سانتی گراد). دلیل این است که پوسته و لوله مبدلهای حرارتی با توجه به شکل خود را قوی می باشد.
چندین ویژگی طراحی حرارتی باید در نظر گرفته شود در هنگام طراحی لوله ها در مبدل های حرارتی پوسته و لوله: می تواند بسیاری از تغییرات در پوسته و لوله طراحی وجود دارد. به طور معمول، به پایان می رسد از هر لوله به (گاهی اوقات به نام جعبه آب) از طریق سوراخ در متصل می شود. لوله ممکن است مستقیم یا خم در شکل یک U، به نام U-لوله.
قطر لوله: با استفاده از قطر لوله کوچک باعث می شود مبدل حرارتی دو مقرون به صرفه و جمع و جور. با این حال، آن است که به احتمال زیاد برای مبدل حرارتی به کثیف تا سریع تر و اندازه کوچک باعث می شود تمیز کردن مکانیکی از رسوب دشوار است. غلبه بر رسوب گذاری و تمیز کردن مشکلات، قطر لوله بزرگتر را می توان مورد استفاده قرار گیرد. بنابراین برای تعیین قطر لوله، فضای در دسترس، هزینه و رسوب ماهیت مایعات باید در نظر گرفته شود.
ضخامت لوله: ضخامت دیواره لوله های است که معمولا مصمم به اطمینان حاصل شود:
اتاق به اندازه کافی برای خوردگی وجود دارد
که ارتعاش ناشی از جریان دارای مقاومت
قدرت محوری
در دسترس بودن قطعات یدکی
قدرت هوپ (مقاومت در برابر فشار لوله داخلی)
کمانش قدرت (به مقاومت در برابر فشار در پوسته)
طول لوله: مبدل های حرارتی معمولا ارزان تر زمانی که آنها یک قطر پوسته کوچکتر و طول لوله بلند. بنابراین، به طور معمول یک هدف را به مبدل حرارتی تا زمانی که از نظر جسمی ممکن است در حالی بیش از قابلیت های تولید وجود ندارد. با این حال، محدودیت های بسیاری برای این کار، از جمله فضای در دسترس در وب سایت نصب و راه اندازی و نیاز به اطمینان از لوله ها در طول که دو برابر طول مورد نیاز (به طوری که آنها می تواند خارج و جایگزین) در دسترس وجود دارد. همچنین، طولانی، لوله های نازک دشوار است را و جایگزین.
زمین لوله: در هنگام طراحی لوله، آن را عملی است به اطمینان حاصل شود که زمین لوله (به عنوان مثال، فاصله مرکز مرکز لوله مجاور) کمتر از ۱٫۲۵ برابر قطر در خارج از لوله نیست. زمین لوله بزرگتر منجر به قطر بزرگتر پوسته کلی، که منجر به یک مبدل حرارتی گران تر است.
لوله های راه راه: این نوع از لوله، به طور عمده برای لوله های داخلی استفاده می شود، تلاطم های این مایعات را افزایش می دهد و اثر در انتقال حرارت دادن عملکرد بهتر بسیار مهم است.
لوله چیدمان: چگونه لوله در داخل پوسته قرار دارد. چهار نوع اصلی از طرح لوله، که، مثلثی (۳۰ درجه)، چرخش مثلثی (۶۰ درجه)، مربع (۹۰ درجه) و مربع چرخش (۴۵ درجه) است. الگوهای مثلثی به کار به انتقال حرارت بیشتر به عنوان آنها را مجبور مایع به جریان در مد آشفته بیشتر در اطراف لوله کشی. الگوهای میدان به کار که در آن رسوب بالا تجربه و تمیز کردن به طور منظم است.
سردرگم و گیج طراحی: سپرها با در حرارتی پوسته و لوله مبدلهای برای هدایت مایع در سراسر بسته نرم افزاری لوله. آنها را اجرا عمود به پوسته و بسته نرم افزاری را نگه دارید، جلوگیری از لوله از تضعیف بیش از یک طول طولانی است. آنها همچنین می توانند لوله از ارتعاشی جلوگیری می کند. رایج ترین نوع بافل بافل سگمنتال است. سپرها سگمنتال نیم دایره در ۱۸۰ درجه به تیغه مجاور مجبور مایع به جریان رو به بالا و رو به پایین بین بسته نرم افزاری لوله گرا. فاصله بافل است از نگرانی های بزرگ ترمودینامیکی در هنگام طراحی حرارتی پوسته و لوله مبدلهای. تیغه باید با در نظر گرفتن برای تبدیل افت فشار و انتقال حرارت فاصله است. برای شانه خالی بهینه سازی اقتصادی پیشنهاد می شود که سپرها فاصله شود نزدیک تر از ۲۰ درصد از قطر داخلی پوسته است. داشتن تیغه فاصله خیلی نزدیک باعث افت فشار بیشتر به دلیل تغییر مسیر جریان. در نتیجه، داشتن تیغه فاصله خیلی دور از هم بدان معنی است که ممکن است نقاط کولر در گوشه و کنار بین تیغه وجود دارد. همچنین مهم است که برای اطمینان از تیغه به اندازه کافی نزدیک که لوله انجام خم شدن فاصله است. نوع اصلی دیگر از بافل دیسک و شیرینی بی شیرینی بافل، که متشکل از دو تیغه متحدالمرکز است. بیرونی، بافل گسترده تر به نظر می رسد مثل یک شیرینی بی شیرینی، در حالی که بافل داخلی مانند یک دیسک شکل گرفته است. این نوع از بافل نیروهای سیال به تصویب اطراف هر طرف از دیسک سپس از طریق بافل شیرینی بی شیرینی تولید یک نوع متفاوت از جریان سیال.
لوله ثابت مایع سرد کننده مبدل های حرارتی به ویژه مناسب برای و کاربردهای دریایی و سخت را می توان با پوسته برنج، لوله های مسی، تیغه برنج، و برنج جعلی هاب پایان جدایی ناپذیر مونتاژ مبدل حرارتی تک صفحه
یک مبدل حرارتی صفحه قابل تعویض اعمال شده به سیستم یک استخر شنا
مبدل های حرارتی صفحه
نوشتار اصلی: مبدل حرارتی صفحه
نوع دیگری از مبدل حرارتی مبدل حرارتی صفحه است. این مبدل ها از بسیاری از نازک، صفحات کمی جدا که مساحت سطح بسیار بزرگ و کوچک معابر جریان سیال برای انتقال حرارت تشکیل شده است. پیشرفت در واشر و تکنولوژی لحیم کاری ساخته اند مبدل حرارتی صفحه نوع به طور فزاینده عملی است. در کاربردهای تهویه مطبوع، مبدل های حرارتی بزرگ از این نوع ورق و قاب نامیده می شود. زمانی که در حلقه باز استفاده می شود، این مبدل های حرارتی معمولا از نوع واشر اجازه می دهد تا جداسازی قطعات تناوبی، تمیز کردن، و بازرسی. انواع بسیاری از به طور دائم متصل مبدل های حرارتی صفحه، از جمله انواع ورق شیب مس، خلاء مس، و جوش داده شده وجود دارد، و آنها اغلب برای برنامه های کاربردی حلقه بسته مانند خنک کننده مشخص شده است. مبدل های حرارتی صفحه نیز در نوع صفحات استفاده می شود که متفاوت است، و در تنظیمات از آن صفحات. برخی از صفحات ممکن است با “شورون”، چال داشت، و یا الگوهای دیگر، که در آن دیگران ممکن است باله ماشین و / یا شیار دارند مهر.
هنگامی که به پوسته و لوله مبدلهای مقایسه، ترتیب روی هم چیده صفحه معمولا دارای حجم کمتر و هزینه. یکی دیگر از تفاوت بین این دو این است که مبدل های صفحه به طور معمول کم به مایعات فشار متوسط، در مقایسه با فشار متوسط ​​و بالا از پوسته و لوله. تفاوت سوم و مهم این است که مبدل های صفحه استخدام جریان مخالف تر به جای جریان متقاطع، که اجازه می دهد رویکرد تفاوت پایین درجه حرارت، تغییرات درجه حرارت بالا، و افزایش بازده.
پلیت و حرارت پوسته مبدل
نوع سوم مبدلهای حرارتی بشقاب و پوسته مبدل حرارتی، که ترکیبی از مبدل حرارتی صفحه با فن آوری های پوسته و لوله مبدلهای حرارتی است. قلب مبدل حرارتی شامل یک بسته ورق دایره به طور کامل جوش داده شده با فشار دادن و برش ورق گرد و جوشکاری آنها را با هم. نازل حمل جریان در داخل و خارج از (از ‘صفحه’ سمت طور کامل جوش داده را به یک پوسته بیرونی است که ایجاد یک دوم (سمت شل ‘) مونتاژ شده است. ورق و پوسته تکنولوژی ارائه می دهد انتقال حرارت بالا، فشار بالا، درجه حرارت بالا، و درجه حرارت رویکرد نزدیک است. به طور خاص، آن را به طور کامل و بدون مهر و موم، که در برابر نشت در فشار و درجه حرارت بالا فراهم می کند امنیت.
مبدل حرارتی چرخ بیدررو
چهارمین نوع مبدل حرارتی با استفاده از یک فروشگاه مایع و یا جامد متوسط ​​برای برگزاری گرما، که پس از آن به طرف دیگر مبدلهای حرارتی منتقل منتشر خواهد شد. دو نمونه از این چرخ بی دررو، که از یک چرخ بزرگ با موضوعات خوب دوار از طریق مایعات سرد و گرم، و مبدل های حرارتی مایع شامل می باشد.
صفحه مبدل حرارتی باله
نوشتار اصلی: صفحه مبدل حرارتی باله
این نوع از مبدل حرارتی با استفاده از “ساندویچ” معابر حاوی باله برای افزایش اثربخشی واحد. طرح شامل جریان متقاطع و مخالف همراه با تنظیمات مختلف باله مانند باله مستقیم افست باله و باله مواج.
پلیت و حرارت باله مبدل ها معمولا از آلیاژهای آلومینیوم، که ارائه راندمان انتقال حرارت بالا ساخته شده است. مواد سیستم را قادر می سازد به تفاوت درجه حرارت پایین تر کار می کند و کاهش وزن از تجهیزات. پلیت و حرارت باله مبدل ها اکثرا برای خدمات دمای پایین مانند گاز طبیعی، هلیوم و اکسیژن مایع گیاهان، گیاهان جداسازی هوا و صنایع حمل و نقل مانند موتور و هواپیما استفاده می شود.
مزایای استفاده از ورق و مبدل های حرارتی باله:
راندمان انتقال حرارت بالا به خصوص در درمان گاز
سطح انتقال حرارت بزرگتر
تقریبا در وزن تر از پوسته و لوله مبدلهای حرارتی ۵ بار سبک تر است.
قادر به تحمل فشار بالا
معایب ورق و مبدل های حرارتی باله:
ممکن است باعث شود گرفتگی به عنوان مسیرهای بسیار باریک هستند
مشکل برای تمیز کردن مسیرهای
آلیاژهای آلومینیوم مستعد ابتلا به نارسایی جیوه مایع شکنندگی هستند
مبدل حرارتی صفحه بالش
مبدل صفحه بالش است که معمولا در صنایع لبنی شیر برای خنک کننده در مستقیم گسترش فولاد ضد زنگ مخازن فله بزرگ استفاده می شود. صفحه بالش اجازه می دهد تا برای خنک کننده در سراسر نزدیک به تمام سطح مخزن، بدون شکاف که بین لوله های جوش داده به خارج از مخزن رخ می دهد.
صفحه بالش با استفاده از یک ورق نازک فلزی نقطه جوش داده شده به سطح دیگری ورق ضخیم تر از فلز ساخته شده است. صفحه نازک است که در یک الگوی منظم نقطه و یا با یک الگوی مارپیچ خطوط جوش جوش داده شده. پس از جوشکاری فضای محصور با نیروی کافی تحت فشار به علت نازک فلزی به برآمدگی در اطراف جوش، ارائه یک فضا برای مایعات مبدل حرارتی به جریان، و ایجاد یک ظاهر مشخصه از یک بالش متورم تشکیل از فلز.
مبدل های حرارتی سیالات
این یک مبدل حرارتی با یک گاز عبور به سمت بالا از طریق یک دوش مایع (اغلب آب) است، و سیال سپس در جای دیگر، قبل از اینکه سرد گرفته شده است. این است که معمولا برای گازهای خنک کننده در حالی که همچنین از بین بردن ناخالصی خاص، در نتیجه حل دو مشکل در یک بار استفاده می شود. این است که به طور گسترده ای در ماشین آلات اسپرسو به عنوان یک روش صرفه جویی در انرژی خنک کننده آب فوق العاده گرم برای استفاده در استخراج اسپرسو استفاده می شود.
واحد بازیابی حرارت زباله
واحد سیستم بازیافت حرارت (WHRU) یک مبدل حرارتی است که بازیابی گرما از یک جریان گاز داغ در حالی که انتقال آن به یک رسانه کار می کند، معمولا آب یا روغن است. جریان گاز داغ می تواند گاز خروجی از توربین گاز یا یک موتور دیزل یا یک گاز زباله از صنعت و یا پالایشگاه.
سیستم های بزرگ با حجم بالا و جریان گاز درجه حرارت، نمونه ای در صنعت، می توانید از سیکل رانکین بخار (SRC) در یک WHRU بهره مند شوند، اما این چرخه بیش از حد گران برای سیستم های کوچک هستند. بازیابی حرارت از سیستم های دمای پایین نیاز به مایعات مختلف کار از بخار.
چرخه رنکین آلی (ORC) WHRU می تواند در محدوده دمای پایین با استفاده از مبرد که در دمای پایین تر از آب جوش کارآمد تر. مبرد های آلی هستند آمونیاک، Pentafluoropropane (R-245fa و R-245ca)، و تولوئن.
مبرد توسط منبع حرارتی در اواپراتور به تولید بخار فوق العاده گرم آب پز. این مایع در توربین گسترش یافت و تبدیل انرژی حرارتی به انرژی جنبشی، است که به برق در ژنراتور الکتریکی تبدیل شده است. این فرایند انتقال انرژی دمای مبرد که به نوبه خود، متراکم کاهش می یابد. چرخه بسته است و با استفاده از یک پمپ برای ارسال مایع به اواپراتور به پایان رسید.
پویا خراشیده مبدل حرارتی سطح
نوع دیگری از مبدل حرارتی است به نام “(پویا) خراشیده مبدل حرارتی سطح”. این است که عمدتا برای سرمایش یا گرمایش را با محصولات با ویسکوزیته بالا، فرایندهای تبلور، تبخیر و برنامه های کاربردی بالا رسوب استفاده می شود. زمان طولانی در حال اجرا هستند با توجه به خراش دادن مداوم سطح به دست آورد، بنابراین اجتناب از رسوب گذاری و رسیدن به یک نرخ انتقال حرارت پایدار در طول فرآیند.
مبدل های حرارتی تغییر فاز
جوش آور کتری معمولی استفاده می شود برای برج تقطیر صنعتی
نمونه کندانسور سطحی آب سرد
علاوه بر گرم کردن یا سرد کردن مایعات در تنها یک تک فاز، مبدل های حرارتی را می توان یا استفاده برای گرم کردن یک مایع تبخیر (یا جوش) آن را یا به عنوان خازن برای خنک کردن یک بخار و متراکم آن را به یک مایع استفاده می شود. در کارخانه های شیمیایی و پالایشگاه ها، جوش آورها استفاده برای گرم خوراک ورودی برج تقطیر اغلب مبدل های حرارتی می باشد.
تقطیر تنظیم یو پی اس به طور معمول استفاده خازن به متراکم بخار تقطیر به مایع است.
ایستگاه های برق، که با استفاده از توربین های بخار معمولا استفاده مبدل های حرارتی به جوش آب را به بخار. مبدل های حرارتی و یا واحدهای مشابه برای تولید بخار از آب اغلب دیگهای بخار و یا تولید کننده بخار نامیده می شود.
در نیروگاه های هسته ای به نام راکتور آب تحت فشار، مبدل های حرارتی ویژه بزرگ عبور گرما از اولیه (کارخانه راکتور) سیستم به (بخار) سیستم ثانویه، تولید بخار از آب در این فرآیند. این مولد بخار نامیده می شود. همه گیاهان سوخت فسیلی و انرژی هسته ای با استفاده از توربین های بخار رانده اند خازن سطح برای تبدیل بخار خروجی از توربین به میعانات (آب) برای استفاده مجدد.
به حفاظت از انرژی و ظرفیت خنک کننده در مواد شیمیایی و دیگر گیاهان، مبدل های حرارتی احیا کننده می تواند حرارت از یک جریان است که باید به جریان دیگری است که باید گرم، مانند خنک کننده تقطیر و جوش آور خوراک پیش گرم خنک شود انتقال.
این اصطلاح همچنین می توانید به مبدل های حرارتی که حاوی یک ماده در ساختار خود را که دارای یک تغییر فاز مراجعه کنید. این است که معمولا جامد به فاز مایع با توجه به تفاوت حجم کوچک بین این کشورها. این تغییر فاز به طور موثر به عنوان یک بافر عمل می کند به دلیل آن در دمای ثابت رخ می دهد اما هنوز هم اجازه می دهد تا برای مبدل حرارتی به قبول حرارت اضافی. یکی از نمونه های که در آن این بررسی شده است برای استفاده در الکترونیک هواپیما قدرت بالا.
مبدل های حرارتی عملکرد در رژیم جریان چند ممکن است در معرض بی ثباتی است.

ارسال دیدگاه

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *