Cum echilibrează schimbătorul de căldură cu plăci cu aripioare contradicția dintre eficiența schimbului de căldură și căderea de presiune?

În Schimbător de căldură cu aripioare cu plăci , echilibrul dintre eficiența schimbului de căldură și căderea presiunii este o provocare cheie de proiectare. De obicei, există o relație antagonistă între eficiența schimbului de căldură și căderea de presiune, și anume:

Îmbunătățirea eficienței schimbului de căldură înseamnă de obicei creșterea zonei de schimb de căldură sau îmbunătățirea caracteristicilor turbulente ale fluidului, ceea ce va crește rezistența la frecare a fluidului, rezultând o creștere a căderii de presiune.

Reducerea căderii de presiune necesită, de obicei, reducerea rezistenței la curgere, cum ar fi creșterea traseului de curgere a fluidului, reducerea suprafeței aripioarelor sau schimbarea designului canalului de curgere, ceea ce poate duce la o scădere a eficienței schimbului de căldură.

Cum să echilibrați contradicția dintre eficiența schimbului de căldură și căderea de presiune:

Optimizați designul aripioarelor
Forma și aranjamentul aripioarelor: Forma, grosimea, distanța și dispunerea aripioarelor afectează direct fluxul și eficiența schimbului de căldură a fluidului. De exemplu, utilizarea aripioarelor ondulate sau a aripioarelor spiralate poate crește turbulența fluidului, poate îmbunătăți eficiența schimbului de căldură și poate face calea curgerii mai complexă, îmbunătățind astfel distribuția fluidului. Cu toate acestea, un astfel de design crește adesea căderea de presiune, așa că este necesar să găsiți un design adecvat al aripioarelor pe baza cerințelor specifice ale sistemului.

Selectarea distanței dintre aripioare: creșterea distanței dintre aripioare poate reduce rezistența fluidului și, astfel, reduce căderea de presiune, dar o distanță prea mare va reduce zona de schimb de căldură și va afecta eficiența schimbului de căldură. Prin urmare, distanța dintre aripioare trebuie optimizată în funcție de cererea de încărcare termică și de debitul fluidului.

Proiectarea și optimizarea canalului de flux
Proiectarea traseului de curgere a fluidului: Într-un schimbător de căldură cu plăci cu aripioare, lungimea și complexitatea traseului fluidului vor afecta pierderea de presiune a fluidului. Când proiectați, încercați să faceți ca traseul de curgere a fluidului să mărească zona de schimb de căldură fără a crește prea multă rezistența la curgere. De exemplu, un design de canal de curgere eșalonat poate fi utilizat pentru a crește aria de contact dintre fluid și aripioară, menținând în același timp o cădere de presiune scăzută.

Combinație de canale de curgere paralelă și serie: prin combinarea rezonabilă a canalelor de curgere paralelă și serie, eficiența schimbului de căldură poate fi maximizată, menținând în același timp o cădere de presiune scăzută. Canalele de curgere paralele pot reduce rezistența fluidului care trece prin fiecare canal, în timp ce canalele de curgere în serie ajută la creșterea zonei de schimb de căldură.

Selecția și optimizarea fluidelor
Proprietățile fluidului: Selectarea unui fluid de lucru adecvat, având în vedere în special vâscozitatea, densitatea și conductibilitatea termică a fluidului, are un impact important asupra controlului eficienței schimbului de căldură și a căderii de presiune. În general, fluidele cu vâscozitate scăzută au o cădere de presiune mai mică atunci când curg într-un schimbător de căldură, dar conductivitatea lor termică poate fi mai mică, ceea ce poate duce la o eficiență slabă a schimbului de căldură. În schimb, fluidele cu vâscozitate ridicată pot îmbunătăți eficiența schimbului de căldură, dar sunt predispuse la creșterea căderii de presiune. Prin urmare, este necesar să se selecteze fluidul potrivit în funcție de scenariul de aplicare specific.

Utilizați un sistem multi-fluide

Transfer de căldură cu mai multe fluide: în unele aplicații, căderea de presiune în fiecare canal de fluid poate fi redusă prin introducerea transferului de căldură cu mai multe fluide. De exemplu, un design cu flux divizat poate fi utilizat pentru a face diferite fluide să curgă în diferite canale de curgere pentru a optimiza căderea de presiune și efectul de schimb de căldură.

Control rezonabil al debitului
Optimizarea debitului: Cu cât debitul este mai mare, cu atât efectul de turbulență este mai puternic, cu atât eficiența schimbului de căldură este mai mare, dar în același timp crește și căderea de presiune. Prin urmare, este foarte important să alegeți debitul în mod rezonabil. De obicei, debitul unui schimbător de căldură cu plăci cu aripioare este reglat între 1,5 și 4 m/s. Prin optimizarea debitului prin simulare numerică și experiment, se poate găsi un echilibru între eficiența schimbului de căldură și căderea de presiune.

Utilizați suprafețe eficiente de schimb de căldură
Controlul rugozității suprafeței: Prin proiectarea și îmbunătățirea suprafeței (cum ar fi rugozarea suprafeței, pulverizarea sau acoperirea cu acoperiri speciale), capacitatea de transfer de căldură a suprafeței schimbătorului de căldură poate fi crescută, rezistența termică poate fi redusă și eficiența schimbului de căldură poate fi îmbunătățită, în timp ce pierderea de presiune a fluxului poate fi controlată într-o anumită măsură.

Optimizarea dimensiunii schimbătorului de căldură
În timpul proiectării, aria de schimb de căldură poate fi mărită prin creșterea dimensiunii schimbătorului de căldură (creșterea numărului de aripioare și a lungimii canalului de curgere), dar o dimensiune prea mare poate duce la o cădere excesivă de presiune. Optimizarea dimensiunilor necesită găsirea celui mai bun punct între cererea de schimb de căldură și căderea de presiune admisibilă.

Pentru a echilibra contradicția dintre eficiența schimbului de căldură și căderea de presiune, este necesar să se ia în considerare în mod cuprinzător factori precum proiectarea aripioarelor, optimizarea canalului de curgere, selecția fluidului și controlul debitului. Prin simulare numerică, verificare experimentală și optimizare a sistemului, căderea de presiune poate fi controlată într-un interval acceptabil, îndeplinind în același timp cerințele de schimb de căldură. Această optimizare este de obicei un proces iterativ care necesită ajustare și îmbunătățire continuă a aplicațiilor practice.