Jak poprawić efektywność wymiany ciepła w wymiennikach ciepła?

Zasada działania wymiennika ciepła: Płynne medium przepływa przez pofałdowane szczeliny w wymienniku ciepła z bardzo niskim natężeniem przepływu, tworząc przepływ turbulentny, osiągając w ten sposób stosunkowo wysoki współczynnik przenikania ciepła. Możemy stwierdzić, że efektywność wymiany ciepła jest ściśle powiązana z kształtem i strukturą płyt falistych w wymienniku ciepła oraz stanem przepływu płynu. Jakie konkretne metody można zastosować w celu poprawy wydajności wymiany ciepła w wymienniku ciepła?

Płyta jest rdzeniem przenoszącym ciepło płytywymiennik ciepła. Jego przewodność cieplna i konstrukcja kanału przepływowego bezpośrednio determinują podstawową wydajność wymiany ciepła i muszą być najpierw zoptymalizowane od źródła.

1. Wybierz materiały o wysokiej przewodności cieplnej, takie jak płyty

Jako płyty możemy wybrać stal nierdzewną 304, stal nierdzewną 316L, stop miedzi i stop tytanu. Stal nierdzewna ma dobrą przewodność cieplną i stosunkowo rozsądną cenę. Ma wysoką wytrzymałość, dobrą wydajność tłoczenia i nie jest łatwo utleniany w trudnych warunkach.

2. Dopasowana wydajna struktura falista z płyty

Konstrukcja pofałdowania płyty determinuje kształt kanału przepływu i bezpośrednio wpływa na intensywność zaburzenia płynu (im silniejsze zaburzenie, tym cieńsza warstwa przyścienna i wyższy współczynnik konwekcyjnego przenikania ciepła). Rodzaj pofałdowania należy wybrać zgodnie z wymaganiami dotyczącymi lepkości płynu i przenikania ciepła:

3.Rozsądny projekt kombinacji ilości płyt i kanałów przepływowych

Liczba płyt określa całkowitą powierzchnię wymiany ciepła (A), a kombinacja kanałów przepływu (pojedynczy-przepływ-wielokrotny) wpływa na natężenie przepływu płynu. Należy go dokładnie dopasować ze względu na „obciążenie przenikania ciepła”: Obliczenie liczby płyt: Zgodnie ze wzorem Q=K×A×ΔTₘ (Q to obciążenie wymianą ciepła, ΔTₘ to logarytmiczna średnia różnica temperatur), po wyznaczeniu wartości K i ΔTₘ należy odwrotnie obliczyć wymaganą minimalną powierzchnię wymiany ciepła. Następnie na podstawie efektywnej powierzchni pojedynczej płyty (np. powszechnie stosowana powierzchnia płyty wynosi 0,1-0,5㎡) oblicz liczbę płyt. Zaleca się zarezerwowanie marginesu 10–15%, aby poradzić sobie z krótkotrwałymi wahaniami obciążenia.

Optymalizacja kombinacji kanałów przepływu: Zwiększ lub zmniejsz liczbę ścieżek przepływu, aby zwiększyć prędkość przepływu do zakresu turbulentnego (w ścieżce przepływu płytowego zaleca się Re > 300). Jeśli prędkość przepływu jest zbyt niska (na przykład Re=150 w pojedynczej ścieżce przepływu, przepływ laminarny), zmień na „dwie-ścieżki przepływu” (płyn przepływa tam i z powrotem w płycie, podwajając ścieżkę i prędkość przepływu oraz zwiększając Re do 300, wchodząc w ten sposób w przepływ turbulentny).

4. Zmniejsz grubość płytek w zespół wymiennika ciepła

Na przewodność cieplną duży wpływ ma grubość samej płyty. Eksperymenty badawcze wykazały, że w symetrycznym płytowym wymienniku ciepła każde zmniejszenie grubości płyty o 0,1 mm może zwiększyć całkowity system wymiany ciepła o 600 W, natomiast w urządzeniu asymetrycznym może zwiększyć się o 500 W. Dlatego też, zakładając spełnienie wymagań mechanicznych wymiennika ciepła, im mniejsza jest grubość płyty, tym większa jest przewodność cieplna.

5.Kształt przekroju falistego

Chociaż rozkład naprężeń podczas ściskania jest stosunkowo równomierny, gdy-przekrój falisty jest trójkątny, współczynnik przenikania ciepła płyty w jodełkę, która jest stosunkowo trudna w obróbce, jest wyższy. Ponadto im większy kąt konstrukcji falistej, tym większa jest prędkość przepływu czynnika w kanale przepływowym pomiędzy odgałęzieniami płyty, a więc współczynnik przenikania ciepła będzie większy.

6. Wyczyść skalę na płytce na czas

Gdy skala na płycie jest większa niż 1 mm, całkowita wydajność wymiany ciepła przez sprzęt zostanie zmniejszona o 10%. Dlatego na wlocie należy zamontować sprzęt filtrujący, a wymiennik ciepła należy regularnie czyścić. Tylko w ten sposób można zmniejszyć grubość zgorzeliny na płycie i ustabilizować sprawność wymiany ciepła na stosunkowo poziomie.