راهنمای جامع مبدل حرارتی فین پلیت

راهنمای جامع مبدل حرارتی فین پلیت

راهنمای جامع مبدل حرارتی فین پلیت

تعریف 

همانطور که در مبدل های پوسته- لوله و مبدل های دو لوله ای و دیگر مبدلها توضیح کامل داده شد در اینجا هم تلاش بر آن هست که مقاله ی کاملی در مورد مبدل انتخابی شما ارائه شود.

راهنمای جامع مبدل حرارتی فین پلیت به ما می گوید:

یکی دیگر از مبدل های حرارتی است که از پلیت ها  و محفظه های پره دار برای انتقال حرارت بین سیالات استفاده می کند. این سیالات عموما بصورت گاز هستند. اغلب به عنوان یک مبدل حرارتی فشرده تقسیم بندی می شود تا این امر را نشان دهد که سطح انتقال حرارت بالایی نسبت به حجم دارد.

برای خرید انواع مبدل اینجا کلیک کنید

مطالعه بیشتر

همه چیز در مورد مبدل حرارتی پوسته و لوله

مبدل حرارتی صفحه ای و انواع آن

کاربرد مبدل فین پلیت در صنایع مختلف

مبدل حرارتی فین پلیت به طور گسترده در بسیاری از صنایع، از جمله صنایع هوافضا به دلیل اندازه کوچک ، وزن سبک که از دیگر ویژگی های آن است، و همینطور در صنعت برودتی بخاطر انتقال حرارت بالا با تفاوت دمایی کوچک مورد استفاده اکثریت قرار میگیرد.

تاریخچه مبدل های حرارتی فین پلیت

طراحی این مبدل توسط یک مکانیک ایتالیایی به نام پائولو فرونسیلو انجام شد. مبدل های حرارتی فین پلیت از نوع آلیاژی آلومینیومی به مدت 50 سال در صنعت هواپیماسازی و 35 سال در کارخانه های برودتی و شیمیایی مورد استفاده قرار گرفته اند. آنها همچنین در موتورهای راه آهن و اتومبیل های موتوری استفاده می شوند.

باله های صفحه فولادی ضد زنگ 30 سال است که در هواپیماها استفاده می شود و اکنون در کارخانه های شیمیایی جا افتاده است.

یکی از ویژگی های خوب این مبدل این هست که پره ها قابل تنظیم هستند. این امر موجب شده که در این مبدل ها ما دو نوع جریان را داشته باشیم.

انواع جریان در مبدل های حرارتی فین پلیت

جریان موازی

جریان مخالف

ساختار مبدل حرارتی فین پلیت

یک مبدل حرارتی  فین پلیت از لایه‌هایی از ورق‌های موجدار تشکیل شده اند که توسط صفحات فلزی مسطح، معمولاً آلومینیومی، برای ایجاد یک سری محفظه‌های پره‌دار از هم جدا شده‌اند.

جریان های سیال گرم و سرد جداگانه از میان لایه های متناوب مبدل حرارتی جریان می یابد و در لبه ها توسط میله های جانبی محصور می شوند.

اجزای اصلی یک مبدل حرارتی فین پلیت

باله های فلزی راه راه (فین)  بین صفحات صاف قرار می گیرند. سازه با لحیم کاری به یکدیگر متصل می شود . باله ها هدف دوگانه ای دارند که صفحات را در کنار هم نگه می دارند. بنابراین فشار را در خود نگه می دارند و یک سطح ثانویه (پره) برای انتقال حرارت تشکیل می دهند. در لبه‌های صفحات میله‌هایی وجود دارد که حاوی هر سیال در فضای بین صفحات مجاور است.

همانطور که نشان داده شده است، ارتفاع موج‌ها و میله‌ها ممکن است بین صفحات متفاوت باشد. برای جریان مایع می‌توان از موج‌دار با ارتفاع کم استفاده کرد که ضریب انتقال حرارت بالا را با مساحت سطح کمتر تطبیق می‌دهد. در حالی که برای جریان کم فشار می‌توانیم از ارتفاع موج‌دار زیاد استفاده کنیم که ضریب کم را با سطح بالاتر تطبیق می‌دهد. اما همچنین سطح بیشتری را برای رسیدن به آن ایجاد می‌کند.

عملکرد مبدل حرارتی فین پلیت

راهنمای جامع مبدل حرارتی فین پلیت

انواع سیال مورد استفاده در مبدل حرارتی فین پلیت

درجه بالایی از انعطاف پذیری در طراحی مبدل های حرارتی فین پلیت وجود دارد زیرا می توانند با هر ترکیبی از گاز، مایع و سیالات دو حالته کار کنند. انتقال حرارت بین جریان های فرآیندی متعدد نیز با انواع ارتفاعات و انواع فین ها به عنوان نقاط ورودی و خروجی مختلف در دسترس برای هر جریان وجود دارد.

انواع باله ها(فین ها)

راهنمای جامع مبدل حرارتی فین پلیت

باله ها نیز با دستگاه های تقویت کننده انتقال حرارت ساخته می شوند. فرم های استاندارد در شکل زیر نشان داده شده است . ویژگی ها در شکل بعدی نشان داده شده است .

فین های موجدار ساده

 شکل اصلی است و به طور معمول برای جریان های افت فشار کم استفاده می شود و به طرح‌های مثلثی یا مستطیلی ساده با باله‌های مستقیم اشاره دارد.

فین های سوراخ دار

افزایش جزئی عملکرد را نسبت به موجدار ساده نشان می دهد، اما این امر با از دست دادن حجم به دلیل سوراخ شدن کاهش می یابد.وظیفه ی اصلی آن اجازه انتقال سیال از طریق کانال های باله معمولاً در وظایف جوش است،.

فین های دندانه دار

که به بریدگی و سوراخ در باله ها برای افزایش توزیع جریان و بهبود انتقال حرارت اشاره دارد. با بریدن باله ها هر 3.2 میلی متر و جابجایی باله دوم تا نیمه بین باله های قبلی ایجاد می شود. این باعث افزایش چشمگیر انتقال حرارت می شود.

موج دار شدن استخوان شاه ماهی

 با جابجایی باله ها به طرفین هر 9.5 میلی متر برای ایجاد یک مسیر زیگزاگ ایجاد می شود. عملکرد بین فرم های ساده و دندانه دار متوسط ​​است. ضریب اصطکاک در اعداد رینولدز بالا بر خلاف ضریب دندانه دار به کاهش خود ادامه می دهد و در سرعت ها و فشارهای بالاتر مزایایی را نشان می دهد.

نتیجه:

بنابراین، طراح می تواند ارتفاع باله، گام باله و ضخامت باله را به همراه چهار نوع باله استاندارد تغییر دهد که تطبیق پذیری زیادی در طراحی ایجاد می کند.

نکته:

برای باله موج دار سوراخ شده،

سوراخ بزرگ شده می تواند تلاطم جریان را تقویت کند و باعث اختلاط سریع بین هسته و سیال در نزدیکی سطح باله شود. هرچه سوراخ ها بزرگتر باشند، عملکرد حرارتی-هیدرولیک بهتری دارند.

برای باله‌های موج‌دار تکان‌خورده،

هرچه نسبت تلوتلو بیشتر باشد، اغتشاش جریان کمتری در بخش مبهم است. سپس، هر چه نسبت تلنگر بزرگتر باشد، عملکرد حرارتی-هیدرولیک بهتری خواهد داشت.

برای باله موجی ناپیوسته،

هرچه فاصله بین باله های موجی ناپیوسته بیشتر باشد، اختلاط سیال در هر دو طرف باله بهتر است. در نتیجه عملکرد انتقال حرارت را افزایش می دهد. در همان زمان، ضریب اصطکاک به طور چشمگیری افزایش یافته است که فاصله شکست 2 میلی متر می باشد.

مزایا و معایب مبدل حرارتی فین پلیت

مبدل های حرارتی باله ای یا فین پلیت ها دارای مزایا و معایب خاص خود هستند که آنها را برای کاربردهای خاص مناسب می کند.

مزایا:

راندمان انتقال حرارت بالا:

مبدل های حرارتی صفحه پره برای به حداکثر رساندن راندمان انتقال حرارت با افزایش سطح موجود برای تبادل حرارت طراحی شده اند. باله های متصل به صفحات باعث ایجاد تلاطم در جریان سیال می شوند و سرعت انتقال حرارت را افزایش می دهند.

طراحی خاص:

این مبدل های حرارتی به دلیل طراحی جمع و جور و سبک خود شناخته می شوند که آنها را برای کاربردهایی با محدودیت فضا مناسب می کند.

عملکرد حرارتی عالی:

طراحی باله امکان انتقال حرارت کارآمد را حتی با اختلاف دمای نسبتاً کوچک بین سیالات سرد و گرم فراهم می کند.

ماژولار و مقیاس پذیر:

مبدل های حرارتی صفحه پره ماهیت ماژولار دارند و می توانید ظرفیت آنها را با افزودن یا برداشتن صفحات و پره ها تنظیم کنید تا نیازهای بار حرارتی مختلف را برآورده کنید.

پاسخ سریع:

آنها پاسخ دما را سریع ارائه می دهند و آنها را برای کاربردهایی که تنظیمات سریع دما ضروری است مناسب می کند.

طیف گسترده ای از مواد:

صفحات و باله ها را می توان از مواد مختلف، از جمله فلزات و آلیاژها، برای سازگاری با انواع مختلف سیال و مقاومت در برابر خوردگی ساخته شد.

کاهش رسوب:

جریان آشفته ایجاد شده توسط باله ها به کاهش رسوب، کاهش نیازهای تعمیر و نگهداری و افزایش عمر عملیاتی کمک می کند.

معایب:

هزینه اولیه بالا:

خرید و نصب مبدل های حرارتی صفحه پره در مقایسه با سایر انواع مبدل های حرارتی مانند مبدل های پوسته و لوله ساده گران تر است.

محدودیت های فشار:

عموماً برای کاربردهای فشار کم تا متوسط ​​مناسب هستند. الزامات فشار بالا ممکن است نیاز به نوع دیگری از مبدل حرارتی داشته باشد.

ظرفیت حرارتی محدود:

مبدل‌های حرارتی صفحه پره ممکن است برای کاربردهای با اختلاف دمای بسیار بالا یا کاربردهای انتقال حرارت بسیار بزرگ مناسب نباشند.

حساس به گرفتگی:

در کاربردهایی با ذرات یا زباله در سیال، کانال های جریان باریک بین باله ها ممکن است مسدود شوند و کارایی را کاهش دهند.

سایش و نشتی واشر:

برخی از مبدل های حرارتی صفحه باله ای از واشر برای آب بندی صفحات استفاده می کنند و به مرور زمان این واشرها ممکن است فرسوده شوند یا از کار بیفتند و منجر به نشت احتمالی شوند.

برای مایعات چسبناک ایده‌آل نیستند: 

به دلیل کانال‌های جریان باریک و مشکلات احتمالی رسوب، ممکن است هنگام کار با سیالات بسیار چسبناک مؤثر نباشند.

مشکلات خوردگی:

در حالی که می توان مواد را برای مقاومت در برابر خوردگی انتخاب کرد، برخی از مواد شیمیایی تهاجمی ممکن است هنوز برای مبدل های حرارتی صفحه پره ای چالش برانگیز باشند.

به طور خلاصه، مبدل های حرارتی صفحه پره دارای راندمان انتقال حرارت بالا، طراحی خاص و عملکرد حرارتی عالی هستند اما با محدودیت هایی از جمله هزینه های اولیه بالاتر، محدودیت های فشار و حساسیت به خواص سیال همراه هستند. مناسب بودن مبدل حرارتی صفحه پره ای به کاربرد خاص و الزامات آن بستگی دارد.

نتیجه

تحقیق حاضر نشان می‌دهد که تکنیک‌های افزایش انتقال حرارت پیشنهادی همگی مزیت‌هایی نسبت به باله‌های مواج سنتی دارند. سوراخ کردن برای افزایش انتقال حرارت و بهبود عدد ناسلت مفید است. دندانه زدن برای کاهش ضریب اصطکاک مفید است. تکنیک شکستن می تواند ناحیه انتقال حرارت را کاهش دهد و در عین حال عملکرد انتقال حرارت را افزایش دهد.