เฮ้ ในฐานะซัพพลายเออร์ของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบกะทัดรัดฉันได้รับคำถามมากมายเกี่ยวกับปัจจัยที่มีผลต่อการถ่ายเทความร้อน คำถามหนึ่งที่เกิดขึ้นเล็กน้อยคือ "ความยาวของหลอดส่งผลต่อการถ่ายเทความร้อนในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อขนาดกะทัดรัดอย่างไร" ลองขุดลงไป
ก่อนอื่นเรามาพูดคุยกันว่าตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อขนาดกะทัดรัดคืออะไร มันเป็นอุปกรณ์ชิ้นหนึ่งที่ถ่ายโอนความร้อนระหว่างของเหลวสองตัว ของเหลวหนึ่งไหลผ่านท่อและอีกเส้นไหลไปรอบ ๆ ท่อ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเหล่านี้ยอดเยี่ยมเพราะมีประสิทธิภาพใช้พื้นที่น้อยลงและสามารถรับมือกับแรงกดดันสูงได้ เราเสนอประเภทต่าง ๆ เช่นเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนท่อเหล็กอ่อน-เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนสแตนเลส, และเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนท่อสแตนเลส-
ตอนนี้บนความยาวของหลอด เมื่อเราคิดถึงการถ่ายเทความร้อนในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อเรากำลังดูว่าความร้อนเคลื่อนที่จากของเหลวหนึ่งไปยังอีก ความยาวของหลอดมีบทบาทสำคัญในกระบวนการนี้
พื้นฐานของการถ่ายเทความร้อนในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อ
ก่อนที่เราจะเข้าสู่ความยาวของหลอดลองไปดูว่าการถ่ายเทความร้อนทำงานได้อย่างรวดเร็วในเครื่องแลกเปลี่ยนเหล่านี้ การถ่ายเทความร้อนเกิดขึ้นผ่านสามกลไกหลัก: การนำการพาความร้อนและการแผ่รังสี ในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อนำไฟฟ้าเกิดขึ้นผ่านผนังหลอดและการพาความร้อนเกิดขึ้นเมื่อของเหลวไหล การแผ่รังสีมักจะเล็กน้อยในระบบเหล่านี้
อัตราการถ่ายเทความร้อนถูกกำหนดโดยบางสิ่งเช่นความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างของเหลวทั้งสองพื้นที่ผิวที่มีสำหรับการถ่ายเทความร้อนและค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน ความยาวของท่อมีผลต่อทั้งพื้นที่ผิวและลักษณะการไหลของของเหลว
ความยาวของท่อมีผลต่อพื้นที่ผิวอย่างไร
หนึ่งในวิธีที่ชัดเจนที่สุดความยาวของหลอดมีผลต่อการถ่ายเทความร้อนคือผ่านพื้นที่ผิว ยิ่งหลอดนานเท่าไหร่พื้นที่ผิวก็ยิ่งมีความร้อนในการถ่ายเทระหว่างของเหลวทั้งสอง ลองคิดดูแบบนี้: ถ้าคุณมีกระดาษชิ้นเล็ก ๆ และกระดาษชิ้นใหญ่ชิ้นใหญ่มีพื้นที่มากขึ้นสำหรับคุณที่จะเขียน ในทำนองเดียวกันหลอดที่ยาวขึ้นจะให้พื้นที่มากขึ้นสำหรับความร้อนที่จะย้ายจากของเหลวหนึ่งไปยังอีก
ในทางคณิตศาสตร์พื้นที่ผิวของหลอดจะได้รับจากสูตร (a = \ pi dl) โดยที่ (a) เป็นพื้นที่ผิว (d) คือเส้นผ่านศูนย์กลางของหลอดและ (l) คือความยาว ดังนั้นเมื่อความยาว (l) เพิ่มขึ้นพื้นที่ผิว (a) จะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วน
ด้วยพื้นที่ผิวที่มากขึ้นมีโอกาสมากขึ้นสำหรับความร้อนในการถ่ายโอนจากของเหลวร้อนไปยังของเหลวเย็น ซึ่งหมายความว่าสิ่งอื่น ๆ ทั้งหมดที่เท่าเทียมกันตัวแลกเปลี่ยนความร้อนที่มีหลอดที่ยาวขึ้นโดยทั่วไปจะมีอัตราการถ่ายเทความร้อนสูงกว่าหนึ่งที่มีหลอดที่สั้นกว่า
ความยาวของท่อมีผลต่อการไหลของของไหลอย่างไร
แต่มันไม่ได้เกี่ยวกับพื้นที่ผิว ความยาวของท่อยังส่งผลต่อวิธีที่ของเหลวไหลผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน เมื่อของเหลวไหลผ่านหลอดมันจะประสบกับแรงเสียดทานกับผนังหลอด แรงเสียดทานนี้ทำให้เกิดแรงดันลดลงตามความยาวของหลอด
เมื่อความยาวของท่อเพิ่มขึ้นแรงดันก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน การลดลงของแรงดันที่สูงขึ้นหมายความว่าปั๊มหรือคอมเพรสเซอร์ต้องทำงานหนักขึ้นเพื่อดันของเหลวผ่านท่อ สิ่งนี้สามารถเพิ่มการใช้พลังงานของระบบ
ยิ่งไปกว่านั้นลักษณะการไหลของของเหลวสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตามความยาวของหลอด ในหลอดสั้น ๆ ของเหลวอาจไหลในลักษณะที่ราบเรียบมากขึ้น (เรียบ) แต่เมื่อความยาวของหลอดเพิ่มขึ้นการไหลอาจจะวุ่นวายมากขึ้น การไหลแบบปั่นป่วนสามารถเพิ่มการถ่ายเทความร้อนได้จริงเพราะมันผสมของเหลวได้ดีขึ้นทำให้ของเหลวสดสัมผัสกับผนังท่อ
อย่างไรก็ตามมีความสมดุลที่นี่ หากความยาวของท่อยาวเกินไปความดันลดลงอาจสูงมากจนไม่คุ้มค่ากับการเพิ่มขึ้นของการถ่ายเทความร้อน ระบบอาจไม่มีประสิทธิภาพและค่าใช้จ่ายในการใช้งานปั๊มหรือคอมเพรสเซอร์อาจมีค่ามากกว่าประโยชน์ของการถ่ายเทความร้อนเพิ่มเติม
ค้นหาความยาวของหลอดที่ดีที่สุด
ดังนั้นเราจะพบความยาวของหลอดที่ดีที่สุดสำหรับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อขนาดกะทัดรัดได้อย่างไร? มันขึ้นอยู่กับปัจจัยบางอย่าง
ก่อนอื่นเราต้องพิจารณาแอปพลิเคชันเฉพาะ อุตสาหกรรมที่แตกต่างกันมีข้อกำหนดที่แตกต่างกันสำหรับอัตราการถ่ายเทความร้อนและการใช้พลังงาน ตัวอย่างเช่นในโรงไฟฟ้าที่จำเป็นต้องถ่ายโอนความร้อนจำนวนมากอาจเป็นความยาวของท่อที่ยาวขึ้นหากหมายถึงประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนที่สูงขึ้น ในทางกลับกันในกระบวนการอุตสาหกรรมขนาดเล็กที่ค่าใช้จ่ายด้านพลังงานเป็นปัญหาสำคัญความยาวของท่อที่สั้นกว่าอาจเหมาะสมกว่า
นอกจากนี้เรายังต้องดูคุณสมบัติของของเหลว ของเหลวบางชนิดมีความหนืดมากกว่าส่วนอื่น ๆ และสิ่งนี้อาจส่งผลกระทบต่อการลดลงของแรงดันและลักษณะการไหล ของเหลวที่มีความหนืดมากขึ้นอาจต้องใช้ความยาวของท่อที่สั้นกว่าเพื่อหลีกเลี่ยงแรงดันที่มากเกินไป
อีกปัจจัยหนึ่งคือพื้นที่ว่าง เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อขนาดกะทัดรัดได้รับการออกแบบมาเพื่อใช้พื้นที่น้อยลงดังนั้นเราจึงไม่สามารถใช้หลอดที่ยาวมากได้ เราจำเป็นต้องหาสมดุลระหว่างอัตราการถ่ายเทความร้อนที่ต้องการและข้อ จำกัด ทางกายภาพของการติดตั้ง
ตัวอย่างจริง - โลก
ลองดูตัวอย่างสองสามตัวอย่างโลกเพื่อดูว่าความยาวของหลอดมีผลต่อการถ่ายเทความร้อนในทางปฏิบัติอย่างไร
ในโรงงานแปรรูปสารเคมีพวกเขาใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อขนาดกะทัดรัดเพื่อทำให้ของเหลวเคมีร้อนเย็นลง ในขั้นต้นพวกเขามีหลอดค่อนข้างสั้นและอัตราการถ่ายเทความร้อนไม่เป็นไปตามข้อกำหนดของพวกเขา พวกเขาตัดสินใจที่จะเพิ่มความยาวของหลอดประมาณ 50% เป็นผลให้พื้นที่ผิวสำหรับการถ่ายเทความร้อนเพิ่มขึ้นและอัตราการถ่ายเทความร้อนเพิ่มขึ้นอย่างมาก อย่างไรก็ตามพวกเขายังสังเกตเห็นว่าความดันลดลงทั่วหลอดเพิ่มขึ้นซึ่งนำไปสู่การใช้พลังงานเพิ่มขึ้นเล็กน้อยสำหรับปั๊ม
ในโรงงานแปรรูปอาหารพวกเขาใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเพื่อฆ่าเชื้อนม พวกเขากังวลเกี่ยวกับต้นทุนพลังงานและคุณภาพของนม พวกเขาพบว่าการใช้หลอดที่สั้นกว่าที่มีรูปแบบการไหลที่ออกแบบอย่างระมัดระวังมีประสิทธิภาพมากกว่า หลอดที่สั้นลงลดการลดลงของแรงดันและการใช้พลังงานในขณะที่ยังคงให้การถ่ายเทความร้อนเพียงพอที่จะพาสเจอร์ไรซ์นมอย่างถูกต้อง
บทสรุป
โดยสรุปความยาวของท่อมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อการถ่ายเทความร้อนในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อขนาดกะทัดรัด มันมีผลต่อทั้งพื้นที่ผิวที่มีสำหรับการถ่ายเทความร้อนและลักษณะการไหลของของเหลว ในขณะที่หลอดที่ยาวขึ้นโดยทั่วไปจะให้พื้นที่ผิวมากขึ้นและสามารถเพิ่มอัตราการถ่ายเทความร้อนพวกเขายังเพิ่มความดันลดลงและการใช้พลังงาน
การค้นหาความยาวของหลอดที่ดีที่สุดต้องพิจารณาอย่างรอบคอบเกี่ยวกับแอปพลิเคชันเฉพาะคุณสมบัติของของเหลวและพื้นที่ว่าง ในฐานะซัพพลายเออร์ของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบกะทัดรัดเราอยู่ที่นี่เพื่อช่วยให้คุณเลือกได้อย่างถูกต้องสำหรับความต้องการของคุณ
หากคุณอยู่ในตลาดสำหรับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบกะทัดรัดและต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับความยาวของท่อและปัจจัยอื่น ๆ ที่สามารถส่งผลกระทบต่อระบบของคุณอย่าลังเลที่จะเข้าถึง เราสามารถทำงานร่วมกับคุณเพื่อออกแบบเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่ตรงกับข้อกำหนดการถ่ายเทความร้อนของคุณในขณะที่รักษาต้นทุนพลังงานไว้ในการตรวจสอบ มาเริ่มการสนทนาเกี่ยวกับโครงการของคุณและค้นหาทางออกที่ดีที่สุดด้วยกัน
การอ้างอิง
- Incropera, FP, & Dewitt, DP (2002) พื้นฐานของความร้อนและการถ่ายโอนมวล ไวลีย์
- Shah, RK, & Sekulic, DP (2003) พื้นฐานของการออกแบบเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ไวลีย์
- Bergman, TL, LaVine, AS, Incropera, FP, & Dewitt, DP (2011) รู้เบื้องต้นเกี่ยวกับการถ่ายเทความร้อน ไวลีย์