Jak deskový výměník tepla vyrovnává rozpor mezi účinností výměny tepla a poklesem tlaku?

In Deskový výměník tepla Rovnováha mezi účinností výměny tepla a tlakovou ztrátou je klíčovou konstrukční výzvou. Obvykle existuje antagonistický vztah mezi účinností výměny tepla a poklesem tlaku, konkrétně:

Zlepšení účinnosti výměny tepla obvykle znamená zvětšení teplosměnné plochy nebo zlepšení turbulentních charakteristik kapaliny, což zvýší třecí odpor kapaliny, což má za následek zvýšení poklesu tlaku.

Snížení poklesu tlaku obvykle vyžaduje snížení průtokového odporu, jako je zvýšení průtokové dráhy tekutiny, zmenšení plochy žeber nebo změna konstrukce průtokového kanálu, což může vést ke snížení účinnosti výměny tepla.

Jak vyrovnat rozpor mezi účinností výměny tepla a poklesem tlaku:

Optimalizujte design ploutví
Tvar a uspořádání žeber: Tvar, tloušťka, rozteč a uspořádání žeber přímo ovlivňují průtok a účinnost výměny tepla tekutiny. Například použití zvlněných žeber nebo spirálových žeber může zvýšit turbulenci tekutiny, zlepšit účinnost výměny tepla a učinit cestu toku složitější, čímž se zlepší distribuce tekutiny. Taková konstrukce však často zvyšuje tlakovou ztrátu, takže je nutné najít vhodnou konstrukci žeber na základě specifických požadavků systému.

Volba rozteče lamel: Zvětšení rozteče lamel může snížit odpor kapaliny a tím snížit tlakovou ztrátu, ale příliš velká rozteč sníží teplosměnnou plochu a ovlivní účinnost výměny tepla. Rozteč žeber by proto měla být optimalizována podle potřeby tepelného zatížení a průtoku tekutiny.

Návrh a optimalizace průtokového kanálu
Návrh dráhy toku tekutiny: U deskového výměníku tepla ovlivní délka a složitost dráhy tekutiny ztrátu tlaku tekutiny. Při navrhování se snažte, aby dráha toku tekutiny zvyšovala plochu výměny tepla, aniž by se příliš zvyšoval odpor proudění. Například může být použita konstrukce odstupňovaného průtokového kanálu pro zvětšení kontaktní plochy mezi tekutinou a žebrem při zachování nízkého poklesu tlaku.

Kombinace paralelních a sériových průtokových kanálů: Přiměřenou kombinací paralelních a sériových průtokových kanálů lze maximalizovat účinnost výměny tepla při zachování nízké tlakové ztráty. Paralelní průtokové kanály mohou snížit odpor tekutiny procházející každým kanálem, zatímco sériové průtokové kanály pomáhají zvětšit oblast výměny tepla.

Výběr a optimalizace tekutin
Vlastnosti kapaliny: Výběr vhodné pracovní kapaliny, zejména s ohledem na viskozitu, hustotu a tepelnou vodivost kapaliny, má důležitý vliv na řízení účinnosti výměny tepla a poklesu tlaku. Obecně řečeno, kapaliny s nízkou viskozitou mají menší tlakovou ztrátu, když proudí ve výměníku tepla, ale jejich tepelná vodivost může být nižší, což může mít za následek špatnou účinnost výměny tepla. Naproti tomu kapaliny s vysokou viskozitou mohou zlepšit účinnost výměny tepla, ale jsou náchylné ke zvýšení poklesu tlaku. Proto je nutné vybrat vhodnou kapalinu podle konkrétního scénáře aplikace.

Použijte multifluidní systém

Přenos tepla více tekutinami: V některých aplikacích lze pokles tlaku v každém kanálku tekutiny snížit zavedením přenosu tepla více tekutinami. Například návrh rozděleného toku může být použit k tomu, aby různé tekutiny proudily v různých průtokových kanálech, aby se optimalizoval pokles tlaku a efekt výměny tepla.

Rozumná regulace průtoku
Optimalizace průtoku: Čím větší je průtok, tím silnější je efekt turbulence, tím vyšší je účinnost výměny tepla, ale zároveň se zvyšuje i tlaková ztráta. Proto je velmi důležité zvolit rozumně průtok. Obvykle se průtok deskového výměníku tepla nastavuje mezi 1,5 a 4 m/s. Optimalizací průtoku pomocí numerické simulace a experimentu lze nalézt rovnováhu mezi účinností výměny tepla a tlakovou ztrátou.

Používejte účinné teplosměnné plochy
Řízení drsnosti povrchu: Návrhem a vylepšením povrchu (jako je zdrsnění povrchu, nástřik nebo pokrytí speciálními nátěry) lze zvýšit kapacitu přenosu tepla povrchu výměníku tepla, snížit tepelný odpor a zlepšit účinnost výměny tepla, přičemž lze do určité míry regulovat tlakovou ztrátu proudění.

Optimalizace velikosti výměníku tepla
Během návrhu lze teplosměnnou plochu zvětšit zvětšením velikosti výměníku tepla (zvětšením počtu žeber a délky průtokového kanálu), ale příliš velká velikost může mít za následek nadměrný pokles tlaku. Optimalizace velikosti vyžaduje nalezení nejlepšího bodu mezi požadavkem na výměnu tepla a povoleným poklesem tlaku.

Aby se vyrovnal rozpor mezi účinností výměny tepla a tlakovou ztrátou, je nutné komplexně zvážit faktory, jako je konstrukce žebra, optimalizace průtokového kanálu, výběr tekutiny a řízení průtoku. Prostřednictvím numerické simulace, experimentálního ověření a optimalizace systému lze řídit pokles tlaku v přijatelném rozsahu při splnění požadavků na výměnu tepla. Tato optimalizace je obvykle iterativní proces, který vyžaduje neustálé přizpůsobování a zlepšování v praktických aplikacích.