تجزیه و تحلیل مقایسه ای از مبادله گرما صفحه و مبادله گرما پوسته و لوله

تجزیه و تحلیل مقایسه ای از مبادلات گرما صفحه ای و مبادلات گرما شیل و لوله ای

1طراحی ساختاری و مکانیسم های انتقال گرما

1.1 مبادله گرما بر روی صفحه

یک مبادله گرما صفحه از یک دسته از صفحات فلزی موج دار تشکیل شده است، با گاسکت هایی که شکاف بین صفحات مجاور را برای تشکیل کانال های جریان جداگانه مهر و موم می کنند.دو مایع کاری به طور متناوب یا متقابل از طریق کانال های متناوب جریان دارند، مبادله گرما از طریق صفحات فلزی

مکانیسم انتقال گرما:

• گرما از مایع داغ ابتدا از طریق کنوکشن به صفحه منتقل می شود، سپس از طریق صفحه رسانایی حرارتی بالا هدایت می شود (به عنوان مثال، فولاد ضد زنگ، با رسانایی حرارتی 45 W / (((m·K)),و در نهایت به مایع سرد منتقل می شود.

• سطح صفحه ی نطفه ای باعث ایجاد آشفتگی در تعداد پایین رینولدز (Re = 50 ¢ 200) می شود و به طور قابل توجهی کارایی انتقال گرما را افزایش می دهد.این آشفتگی همچنین باعث کاهش فشار به دلیل مقاومت بیشتر مایع می شود..

1.2 مبادلات گرما شیل و لوله

یک مبادله گرما شیل و لوله شامل یک پوسته استوانه ای، یک بسته لوله (ثابت یا شناور از طریق ورق لوله) و سر است. یک مایع از طریق لوله ها (جانب لوله) جریان می یابد،در حالی که دیگر جریان در اطراف لوله های درون پوسته (پای پوسته)، با تبادل گرما از طریق دیواره های لوله. پیکربندی های رایج شامل طرح های لوله ثابت، سر شناور و لوله U است.

مکانیسم انتقال گرما:

• گرما از مایع داغ (طرف لوله یا پوسته) به دیواره لوله منتقل می شود و از طریق لوله هدایت می شود (به عنوان مثال لوله های مس با رسانایی حرارتی 375 W/ (((m·K)) ،و سپس به مایع سرد در طرف مقابل منتقل می شود.

• بافل ها در پوسته نصب شده اند تا مایع سمت پوسته را تغییر جهت دهند، مسیرهای جریان را گسترش دهند و آشفتگی را افزایش دهند و در نتیجه کارایی انتقال گرما را بهبود بخشند.

2ویژگی های عملکرد

3مزایا، معایب و کاربردها

3.1 مبادله گرما بر روی صفحه

مزایا:

• کارایی بالا: جریان آشفته در تعداد پایین رینولدز و عملیات ضد جریان، یک تفاوت میانگین دمای لوگاریسم (LMTD) را به دست می آورد عامل تصحیح ~ 0.95، با تفاوت های دمای پایانی تا 1 °C (در مقابل ~ 5 °C برای طرح های پوسته و لوله).

• طراحی جمع و جور: 2×5 برابر بیشتر از منطقه انتقال گرما در هر واحد حجم؛ 1/5×1/8 فضای واحدهای پوسته و لوله برای ظرفیت معادل را اشغال می کند.

• انعطاف پذیری: آسان برای مقیاس بندی با اضافه کردن / حذف صفحات؛ سازگار با تغییرات فرآیند (به عنوان مثال، پیکربندی مجدد مسیرهای جریان).

• بهره وری از هزینه: سبک وزن (ضخامت صفحه: 0.4 × 0.8 میلی متر در مقابل 2.0 × 2.5 میلی متر برای لوله ها) ، 40 × 60% هزینه کمتر از واحدهای پوسته و لوله از همان ماده و منطقه؛ تولید انبوه از طریق چاپ.

• از دست دادن گرما کم: حداقل سطح در معرض کاهش تبعید گرما، حذف نیاز به عایق.

معایب:

• تحمل فشار و دمای محدود (برای > 3 MPa یا دمای شدید مناسب نیست)

• گاسکت ها در محیط های خوردنی یا دمای بالا مستعد تخریب هستند.

• کاهش فشار بیشتر ممکن است نیاز به پمپ های قوی تر داشته باشد.

درخواست ها:

ایده آل برای فشار پایین تا متوسط، 中小换热面积 صحنه (به عنوان مثال، HVAC، پردازش مواد غذایی، سیستم های آب گرم خانگی، و صنایع نیاز به تمیز کردن مکرر مانند داروسازی).

3.2 مبادلات گرما شیل و لوله

مزایا:

• مقاومت در برابر فشار بالا و دمای بالا: مناسب برای شرایط سخت (تا 30 MPa، 400 °C) ، که آن را برای فرآیندهای صنعتی با فشار بالا ایده آل می کند.

• مقاومت: پوسته بالندری و بسته های لوله های سفت با نبض های بالا و جریان های بزرگ مقاومت می کنند؛ سازگار با مایعات با لزوم بالا یا ذرات بار (با طراحی مناسب بافلی).

• عمر طولانی: ساخت تمام فولاد ضد زنگ (یا لوله های مس) دوام (تا 20 سال) را در محیط های خوردنی ارائه می دهد.

معایب:

• بهره وری انتقال گرما پایین تر: فاکتورهای تصحیح LMTD اغلب <0.9 به دلیل الگوهای جریان متقابل؛ اثر بزرگ تر و وزن بیشتر.

• عدم انعطاف پذیری: تغییر منطقه انتقال گرما پس از نصب دشوار است؛ هزینه اولیه بالاتر برای ظرفیت معادل.

درخواست ها:

ترجیح داده می شود برای فرایندهای صنعتی با فشار بالا / دمای بالا (به عنوان مثال پتروشیمی، تولید برق، معدن) و تبادل گرما در مقیاس بزرگ (به عنوان مثال، گرمایش متمرکز،سیستم های خنک کننده سنگین).

خلاصه

مبادلات گرما صفحه ای در کارایی، فشرده سازی و انعطاف پذیری برای کاربردهای فشار پایین تا متوسط برجسته هستند، در حالی که مبادلات گرما پوسته و لوله در فشار بالا، دمای بالا،و سناریوهای صنعتی در مقیاس بزرگانتخاب بستگی به شرایط عملیاتی، نیازهای نگهداری و الزامات مقیاس پذیری دارد.