چگونه می توان عملکرد مبدل های حرارتی لوله پره ای را اندازه گیری کرد؟

به‌عنوان تامین‌کننده مبدل‌های حرارتی لوله‌های پره‌دار، من در این کار بوده‌ام و هر روز با این قطعات ضروری از تجهیزات سر و کار دارم. اندازه‌گیری عملکرد مبدل‌های حرارتی لوله پره‌دار بسیار مهم است، چه خریدار به دنبال انتخاب درست باشید و چه کاربری که قصد بهینه‌سازی سیستم خود را دارد. در این وبلاگ، من چند روش عملی برای اندازه گیری عملکرد آنها را به اشتراک خواهم گذاشت.

درک اصول

قبل از اینکه به روش های اندازه گیری بپردازیم، اجازه دهید به سرعت به این موضوع بپردازیم که مبدل های حرارتی لوله پره دار چیست. آنها برای انتقال گرما بین دو سیال، معمولاً یک مایع و یک گاز، طراحی شده اند. پره های روی لوله ها سطح در دسترس برای انتقال حرارت را افزایش می دهند و این مبدل های حرارتی را نسبت به همتایان بدون پره خود کارآمدتر می کند.

ما انواع مبدل های حرارتی مانندمبدل حرارتی پوسته و لوله،مبدل حرارتی U Tube، ومبدل حرارتی باله آلومینیومی. هر نوع دارای ویژگی های منحصر به فرد خود است، اما اصول اندازه گیری عملکرد تا حد زیادی یکسان است.

اندازه گیری نرخ انتقال حرارت

نرخ انتقال حرارت یکی از مهمترین شاخص های عملکرد مبدل حرارتی لوله پره ای است. به شما می گوید در واحد زمان چه مقدار گرما از یک سیال به سیال دیگر منتقل می شود.

روش مستقیم

یکی از روش های اندازه گیری سرعت انتقال حرارت، روش مستقیم است. شما باید دبی جرمی و تغییر دمای سیالات سرد و گرم را اندازه گیری کنید. نرخ انتقال حرارت (Q) را می توان با استفاده از فرمول محاسبه کرد:

[Q = m_hc_{p,h}(T_{h,in}-T_{h,out})=m_cc_{p,c}(T_{c,out}-T_{c,in})]

که در آن (m_h) و (m_c) به ترتیب نرخ جریان جرمی سیالات گرم و سرد هستند، (c_{p,h}) و (c_{p,c}) ظرفیت گرمایی ویژه سیالات گرم و سرد هستند، (T_{h,in}) و (T_{h,out}) دماهای ورودی و خروجی سیال (inc) و خروجی (inc) و خروجی سیال ({c) و خروجی سیال ({c) و خروجی ({c){c}، دمای ورودی و خروجی سیال سرد است.

برای اندازه گیری دبی جرمی می توانید از دبی متر استفاده کنید. برای اندازه گیری دما معمولاً از ترموکوپل ها یا آشکارسازهای دمای مقاومتی (RTD) استفاده می شود. اطمینان حاصل کنید که سنسورهای دما را در مکان های صحیح، نزدیک به ورودی و خروجی مبدل حرارتی قرار دهید تا خوانش دقیقی داشته باشید.

روش غیر مستقیم

روش غیرمستقیم شامل اندازه گیری برق ورودی به یک بخاری یا خنک کننده است که برای حفظ دمای یکی از سیالات استفاده می شود. به عنوان مثال، اگر از یک بخاری برقی برای گرم کردن سیال داغ استفاده می کنید، می توانید برق ورودی ((P)) را به بخاری اندازه گیری کنید. در یک سیستم عایق بندی شده، سرعت انتقال حرارت (Q) تقریباً برابر با توان ورودی (P) است.

اثربخشی و روش NTU

اثربخشی ((\epsilon)) یکی دیگر از پارامترهای مهم برای ارزیابی عملکرد یک مبدل حرارتی لوله پره‌دار است. به عنوان نسبت نرخ انتقال حرارت واقعی ((Q)) به حداکثر نرخ انتقال حرارت ممکن ((Q_{max})) تعریف می شود.

[\epsilon=\frac{Q}{Q_{max}}]

حداکثر سرعت انتقال حرارت ممکن زمانی اتفاق می‌افتد که یکی از سیالات حداکثر تغییر دمای ممکن را تجربه کند.

تعداد واحدهای انتقال (NTU) با اثربخشی مرتبط است. NTU به صورت زیر تعریف می شود:

[NTU=\frac{UA}{C_{min}}]

که در آن (U) ضریب انتقال حرارت کلی، (A) منطقه انتقال حرارت و (C_{min}) حداقل نرخ ظرفیت حرارتی دو سیال است ((C = mc_p)).

بین اثربخشی و NTU برای انواع مختلف مبدل های حرارتی همبستگی وجود دارد. با اندازه گیری دمای ورودی و خروجی سیالات، می توان میزان اثربخشی را محاسبه کرد و سپس از همبستگی مناسب برای یافتن مقدار NTU استفاده کرد. این می تواند تصوری از عملکرد مبدل حرارتی نسبت به حداکثر پتانسیل خود به شما بدهد.

افت فشار

هنگام اندازه گیری عملکرد مبدل های حرارتی لوله پره دار، افت فشار یک نکته مهم است. افت فشار بالا به این معنی است که انرژی بیشتری برای پمپاژ سیالات از طریق مبدل حرارتی مورد نیاز است که می تواند هزینه های عملیاتی را افزایش دهد.

اندازه گیری افت فشار

شما می توانید افت فشار را در مبدل حرارتی با استفاده از فشار سنج اندازه گیری کنید. یک فشارسنج را در ورودی و دیگری را در خروجی هر جریان سیال قرار دهید. تفاوت در خوانش فشار افت فشار ((\Delta P)) را به شما می دهد.

برای سیال سمت لوله، افت فشار تحت تأثیر عواملی مانند قطر لوله، طول لوله، سرعت سیال و وجود پره ها قرار می گیرد. در سمت پوسته، افت فشار تحت تأثیر قطر پوسته، فاصله بافل و الگوی جریان سیال است.

تاثیر بر عملکرد

افت فشار متوسط ​​قابل قبول است، اما اگر افت فشار خیلی زیاد باشد، می تواند نشان دهنده مشکلاتی مانند رسوب در داخل لوله ها یا روی پره ها یا طراحی نادرست مبدل حرارتی باشد. از سوی دیگر، افت فشار بسیار کم ممکن است به این معنی باشد که نرخ انتقال حرارت نیز کم است، زیرا ممکن است جریان سیال کافی برای ارتقای انتقال حرارت کارآمد وجود نداشته باشد.

فاکتور رسوب

رسوب گیری تجمع رسوبات ناخواسته بر روی سطوح انتقال حرارت مبدل حرارتی است. این می تواند به طور قابل توجهی عملکرد انتقال حرارت را کاهش دهد و افت فشار را افزایش دهد.

اندازه گیری فاکتور رسوب

ضریب رسوب گیری ((R_f)) را می توان با مقایسه ضریب انتقال حرارت کلی ((U)) یک مبدل حرارتی تمیز ((U_{تمیز})) با یک مبدل حرارتی آلوده ((U_{فولد})) تخمین زد.

[\frac{1}{U_{fouled}}=\frac{1}{U_{clean}}+R_f]

برای اندازه‌گیری ضریب انتقال حرارت کلی، می‌توانید از فرمول نرخ انتقال حرارت (Q = UA\Delta T_{lm}) استفاده کنید، که در آن (\Delta T_{lm}) اختلاف دمای میانگین log - است. با اندازه گیری (Q)، (A) و (\Delta T_{lm}) برای مبدل حرارتی تمیز و آلوده، می توانید ضریب رسوب را محاسبه کنید.

جلوگیری از رسوب

تعمیر و نگهداری منظم، مانند تمیز کردن مبدل حرارتی، می تواند به کاهش رسوب کمک کند. استفاده از سیستم های فیلتراسیون مناسب برای سیالات نیز می تواند از ورود ذراتی که باعث رسوب می شود جلوگیری کند.

کارایی و هزینه - اثربخشی

علاوه بر پارامترهای عملکرد فنی، در نظر گرفتن کارایی و کارایی مبدل حرارتی لوله پره دار نیز مهم است.

بهره وری انرژی

بهره وری انرژی به نرخ انتقال حرارت و مصرف برق مربوط می شود. یک مبدل حرارتی کارآمدتر، گرمای بیشتری را با انرژی ورودی کمتر منتقل می کند. با تقسیم نرخ انتقال حرارت بر توان ورودی به پمپ ها و بخاری ها می توانید بازده انرژی را محاسبه کنید.

هزینه - اثربخشی

هزینه - اثربخشی هزینه اولیه مبدل حرارتی، هزینه عملیاتی (شامل مصرف انرژی و هزینه تعمیر و نگهداری) و عمر مورد انتظار را در نظر می گیرد. هنگام انتخاب مبدل حرارتی، باید این عوامل را متعادل کنید تا بهترین ارزش را برای پول خود داشته باشید.

نتیجه گیری

اندازه گیری عملکرد مبدل های حرارتی لوله پره دار یک فرآیند چند وجهی است. با نگاه کردن به پارامترهایی مانند نرخ انتقال حرارت، اثربخشی، افت فشار، ضریب رسوب، بازده انرژی و کارایی هزینه، می‌توانید درک جامعی از عملکرد مبدل حرارتی به دست آورید.

اگر در بازار مبدل های حرارتی لوله پره دار هستید یا به اطلاعات بیشتری در مورد اندازه گیری عملکرد نیاز دارید، راحت باشید. ما اینجا هستیم تا به شما کمک کنیم تا انتخاب مناسبی برای برنامه خود داشته باشید. این که آیا شما به ما علاقه مند هستیدمبدل حرارتی پوسته و لوله،مبدل حرارتی U Tube، یامبدل حرارتی باله آلومینیومی، ما می توانیم اطلاعات دقیق محصول و پشتیبانی فنی را در اختیار شما قرار دهیم. برای شروع بحث در مورد نیازهای خاص خود با ما تماس بگیرید.

مراجع

• Incropera، FP، DeWitt، DP، Bergman، TL، & Lavine، AS (2007). مبانی انتقال حرارت و جرم جان وایلی و پسران
• شاه، RK، و سکولیچ، DP (2003). مبانی طراحی مبدل حرارتی جان وایلی و پسران