บทบาทของแผ่นกั้นในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบกะทัดรัดคืออะไร?

เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อขนาดกะทัดรัดมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่าง ๆ เนื่องจากมีประสิทธิภาพสูงการออกแบบขนาดกะทัดรัดและความสามารถในการจัดการกับสภาพการทำงานที่หลากหลาย หนึ่งในองค์ประกอบสำคัญในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเหล่านี้คือแผ่นกั้น ในโพสต์บล็อกนี้ฉันจะเจาะลึกบทบาทของแผ่นกั้นในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อขนาดกะทัดรัดแบ่งปันข้อมูลเชิงลึกจากประสบการณ์ของฉันในฐานะซัพพลายเออร์ของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อขนาดกะทัดรัด-

ทำความเข้าใจกับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อขนาดกะทัดรัด

ก่อนที่จะพูดถึงบทบาทของแผ่นกั้นสิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจโครงสร้างพื้นฐานและหลักการทำงานของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบกะทัดรัด เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเหล่านี้ประกอบด้วยมัดของหลอดที่อยู่ในเปลือกหอย ของเหลวหนึ่งไหลผ่านหลอด (ท่อ - ของเหลวด้านข้าง) ในขณะที่อีกเส้นไหลออกนอกท่อภายในเปลือก (เปลือก - ของเหลวด้านข้าง) ความร้อนจะถูกถ่ายโอนจากของเหลวร้อนไปยังของเหลวเย็นผ่านผนังหลอด

เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อขนาดกะทัดรัดได้รับการสนับสนุนสำหรับความสามารถในการจัดหาพื้นที่ถ่ายเทความร้อนขนาดใหญ่ในปริมาณที่ค่อนข้างเล็ก พวกเขามักใช้ในการใช้งานเช่นการแปรรูปทางเคมีการผลิตพลังงานอาหารและเครื่องดื่มและระบบ HVACเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนชนิดท่อและเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนหลายท่อเป็นประเภทเฉพาะที่อยู่ภายใต้หมวดหมู่ของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบกะทัดรัดแต่ละตัวมีคุณสมบัติและแอปพลิเคชันที่เป็นเอกลักษณ์ของตัวเอง

บทบาทของแผ่นกั้นในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบกะทัดรัด

1. เพิ่มการถ่ายเทความร้อน

หนึ่งในบทบาทหลักของแผ่นกั้นในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อขนาดกะทัดรัดคือการเพิ่มอัตราการถ่ายเทความร้อนระหว่างท่อด้านข้าง - ด้านข้างและของเหลวด้านข้าง แผ่นกั้นบังคับให้ของเหลว - ของเหลวด้านข้างไหลผ่านมัดท่อในรูปแบบซิก - ซิกแทนที่จะไหลตรงผ่านเปลือก รูปแบบการไหลข้ามนี้เพิ่มความปั่นป่วนของของเหลวด้านข้างของเปลือกซึ่งจะเพิ่มค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อน

เมื่อของเหลวไหลในเส้นทางตรงชั้นขอบเขตแบบราบเรียบจะเกิดขึ้นใกล้กับผนังท่อ เลเยอร์ขอบเขตนี้ทำหน้าที่เป็นความต้านทานความร้อนลดอัตราการถ่ายเทความร้อน ด้วยการสร้างรูปแบบการไหลแบบข้ามทำให้แผ่นกั้นรบกวนชั้นขอบเขตแบบราบเรียบช่วยให้การผสมของเหลวและการถ่ายเทความร้อนมีประสิทธิภาพมากขึ้น ความปั่นป่วนที่เพิ่มขึ้นยังช่วยลดการไล่ระดับอุณหภูมิภายในของเหลว - ของเหลวด้านข้างช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนโดยรวมของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน

2. สนับสนุนชุดท่อ

แผ่นกั้นยังทำหน้าที่เป็นโครงสร้างรองรับสำหรับชุดท่อ ในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อขนาดกะทัดรัดโดยทั่วไปหลอดจะยาวและเรียวและอาจมีการสั่นสะเทือนและความเครียดเชิงกลในระหว่างการทำงาน แผ่นกั้นเป็นกรอบที่ถือท่อไว้ในสถานที่ป้องกันไม่ให้พวกเขาหย่อนคล้อยหรือสั่นมากเกินไป

การสนับสนุนนี้มีความสำคัญต่อการรักษาความสมบูรณ์ของชุดท่อและสร้างความมั่นใจในการจัดตำแหน่งที่เหมาะสมของหลอด หลอดที่ไม่ตรงแนวสามารถนำไปสู่การกระจายการไหลที่ไม่สม่ำเสมอลดประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนและแม้แต่ความล้มเหลวของท่อเมื่อเวลาผ่านไป ด้วยการให้การสนับสนุนแผ่นกั้นช่วยยืดอายุการใช้งานของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนและลดความเสี่ยงของการซ่อมแซมหรือเปลี่ยนทดแทนที่มีราคาแพง

3. การควบคุมการกระจายการไหล

อีกบทบาทที่สำคัญของแผ่นกั้นคือการควบคุมการกระจายการไหลของของเหลวด้านข้างของเปลือกหอย ในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่ไม่มีแผ่นกั้นเปลือกของเหลวด้านข้างอาจมีแนวโน้มที่จะไหลผ่านพื้นที่ที่มีความต้านทานน้อยที่สุดเช่นช่องว่างระหว่างหลอดและผนังเปลือก ซึ่งอาจส่งผลให้เกิดการกระจายการไหลที่ไม่สม่ำเสมอโดยมีบางหลอดที่ได้รับการไหลของของเหลวมากกว่าอื่น ๆ

แผ่นกั้นได้รับการออกแบบมาเพื่อควบคุมเปลือกของเหลวด้านข้างเพื่อไหลผ่านมัดท่อในลักษณะที่สม่ำเสมอมากขึ้น พวกเขาสร้างชุดของช่องภายในเชลล์บังคับให้ของเหลวไหลผ่านท่อในแต่ละช่อง สิ่งนี้ทำให้มั่นใจได้ว่าท่อทั้งหมดในชุดมัดนั้นสัมผัสกับของเหลวด้านข้างที่เพียงพอการปรับปรุงประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนโดยรวมและลดโอกาสของจุดร้อนหรือจุดเย็นภายในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน

4. การป้องกันระยะสั้น - หมุนเวียน

สั้น - การหมุนเวียนเกิดขึ้นเมื่อส่วนหนึ่งของเปลือก - ของเหลวด้านข้างผ่านมัดท่อและไหลโดยตรงจากทางเข้าไปยังทางออกของเปลือกโดยไม่ต้องแลกเปลี่ยนความร้อนกับของเหลวด้านข้าง สิ่งนี้สามารถลดประสิทธิภาพของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนได้อย่างมีนัยสำคัญ

baffles ช่วยป้องกันระยะสั้น - หมุนเวียนโดยการปิดกั้นเส้นทางโดยตรงของเปลือกของเหลวด้านข้างและบังคับให้ไหลผ่านมัดท่อ โดยทั่วไปแล้วพวกเขาจะได้รับการออกแบบให้พอดีกับผนังเปลือกและมัดท่อให้แน่นลดการรั่วไหลของของเหลวรอบ ๆ ขอบ โดยการป้องกันระยะสั้น - วงกลมแผ่นกั้นทำให้มั่นใจได้ว่าของเหลวด้านข้างทั้งหมดมีส่วนร่วมในกระบวนการถ่ายเทความร้อนเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนให้ได้มากที่สุด

ประเภทของแผ่นกั้น

มีหลายประเภทของแผ่นกั้นที่ใช้กันทั่วไปในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบกะทัดรัดแต่ละตัวมีข้อดีและการใช้งานของตัวเอง

1. ส่วนแผ่นกั้น

แผ่นกั้นส่วนเป็นแผ่นกั้นที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด พวกเขาเป็นกลุ่มวงกลมที่วางไว้ในช่วงเวลาปกติตามความยาวของเปลือก ส่วนที่ยุ่งเหยิงสร้างรูปแบบการไหลของซิก - ซิกสำหรับของเหลวเชลล์ - ด้านข้างตามที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้ พวกเขาค่อนข้างง่ายในการผลิตและติดตั้งและให้ประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนที่ดี

อย่างไรก็ตามแผ่นกั้นส่วนยังสามารถทำให้เกิดแรงดันค่อนข้างสูงในเปลือก - ด้านข้างของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน นี่เป็นเพราะของเหลวต้องเปลี่ยนทิศทางหลายครั้งเมื่อมันไหลผ่านช่องกั้น การลดลงของแรงดันสามารถเพิ่มค่าใช้จ่ายในการทำงานของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเนื่องจากจำเป็นต้องใช้พลังงานมากขึ้นในการปั๊มของเหลวผ่านระบบ

2. ดิสก์และแผ่นดิสก์

แผ่นดิสก์และโดนัทประกอบด้วยแผ่นดิสก์สลับ - รูปและโดนัท - แผ่นกั้นรูป แผ่นกั้นดิสก์บังคับให้ของเหลวไหลเข้าด้านในเรดิโอในขณะที่แผ่นโลหะโดนัทบังคับให้ไหลออกไปเรดิออกไปด้านนอก สิ่งนี้จะสร้างรูปแบบการไหลที่ซับซ้อนมากขึ้นเมื่อเทียบกับส่วนของแผ่นกั้นซึ่งอาจส่งผลให้ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนสูงขึ้น

แผ่นดิสก์และโดนัทก็มีแนวโน้มที่จะลดลงแรงดันลดลงเมื่อเทียบกับส่วนของแผ่นกั้นเนื่องจากการไหลของของไหลมีการกระจายอย่างเท่าเทียมกันมากขึ้น อย่างไรก็ตามมีความซับซ้อนมากขึ้นในการผลิตและติดตั้งซึ่งสามารถเพิ่มต้นทุนของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน

3.

แผ่นกั้นปากเป็นแผ่นแบนที่มีชุดของรูหรือ orifices ของเหลว - ของเหลวด้านข้างไหลผ่าน orifices เหล่านี้สร้างเจ็ทความเร็วสูงที่ช่วยเพิ่มการถ่ายเทความร้อน แผ่นกั้นปากมักใช้ในการใช้งานที่ต้องการอัตราการถ่ายเทความร้อนสูงและการลดลงของแรงดันไม่ได้เป็นเรื่องสำคัญ

ข้อควรพิจารณาในการออกแบบ baffle

เมื่อออกแบบเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อขนาดกะทัดรัดปัจจัยหลายอย่างจำเป็นต้องได้รับการพิจารณาในการเลือกและการออกแบบแผ่นกั้น

1. ระยะห่างของแผ่นกั้น

ระยะห่างระหว่างแผ่นกั้นหรือที่รู้จักกันในชื่อสนาม baffle มีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนและการลดลงของความดันของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน โดยทั่วไปสนามที่มีแผ่นกั้นขนาดเล็กส่งผลให้ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนสูงขึ้นเนื่องจากของเหลวต้องเปลี่ยนทิศทางบ่อยขึ้นเพิ่มความปั่นป่วน อย่างไรก็ตามสนามที่มีแผ่นกั้นขนาดเล็กยังนำไปสู่การลดลงของแรงดันที่สูงขึ้น

สนามที่ดีที่สุดขึ้นอยู่กับแอปพลิเคชันเฉพาะและสภาพการทำงานของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน โดยทั่วไปจะต้องมีความสมดุลระหว่างการเพิ่มอัตราการถ่ายเทความร้อนให้สูงสุดและลดแรงดันลดลง

2. ตัดแผ่นกั้น

การตัดแผ่นกั้นหมายถึงเปอร์เซ็นต์ของเส้นผ่านศูนย์กลางแผ่นกั้นที่ถูกลบออกเพื่อให้ของเหลวไหลผ่าน การตัดแผ่นกั้นขนาดใหญ่จะช่วยลดแรงดันที่ลดลงข้ามเปลือก - ด้านข้างของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน แต่ก็ช่วยลดอัตราการถ่ายเทความร้อน การตัดแผ่นกั้นที่เล็กลงจะเพิ่มอัตราการถ่ายเทความร้อน แต่ส่งผลให้แรงดันลดลงสูงขึ้น

โดยทั่วไปแล้วการตัดแผ่นกั้นจะอยู่ในช่วง 20% - 45% ค่าที่แน่นอนขึ้นอยู่กับประเภทของแผ่นกั้นอัตราการไหลของของเหลวด้านข้างของเปลือก - และประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนที่ต้องการ

3. วัสดุที่ยุ่งเหยิง

ควรเลือกวัสดุของแผ่นกั้นตามคุณสมบัติของของเหลวที่ใช้ในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเช่นเดียวกับอุณหภูมิและความดันในการทำงาน วัสดุทั่วไปสำหรับแผ่นกั้น ได้แก่ เหล็กกล้าคาร์บอนสแตนเลสและวัสดุที่ไม่ใช่โลหะเช่นพลาสติกหรือคอมโพสิต

วัสดุควรทนต่อการกัดกร่อนการกัดเซาะและการสึกหรอเชิงกล ควรมีค่าการนำความร้อนที่ดีเพื่อให้แน่ใจว่าการถ่ายเทความร้อนที่มีประสิทธิภาพ

บทสรุป

แผ่นกั้นมีบทบาทสำคัญในการทำงานของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อขนาดกะทัดรัด พวกเขาเพิ่มการถ่ายเทความร้อนรองรับชุดท่อการกระจายการไหลของการควบคุมและป้องกันการหมุนเวียนระยะสั้น ด้วยการเลือกและออกแบบแผ่นกั้นอย่างระมัดระวังเป็นไปได้ที่จะเพิ่มประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนและลดแรงดันลดลงของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน

เป็นซัพพลายเออร์ของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อขนาดกะทัดรัดเรามีประสบการณ์อย่างกว้างขวางในการออกแบบและผลิตเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่มีแผ่นกั้นประสิทธิภาพสูง หากคุณอยู่ในตลาดสำหรับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบกะทัดรัดหรือมีคำถามใด ๆ เกี่ยวกับบทบาทของแผ่นกั้นเรายินดีที่จะช่วยเหลือคุณ ติดต่อเราเพื่อหารือเกี่ยวกับข้อกำหนดเฉพาะของคุณและสำรวจว่าเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนของเราสามารถตอบสนองความต้องการของคุณได้อย่างไร

การอ้างอิง

1. Shah, RK, & Sekulic, DP (2003) พื้นฐานของการออกแบบเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน John Wiley & Sons
2. Kern, DQ (1950) กระบวนการถ่ายเทความร้อน McGraw - Hill
3. Hewitt, GF, Shires, GL, & Bott, TR (1994) กระบวนการถ่ายเทความร้อน CRC Press