من به عنوان تأمین کننده مبدل های حرارتی اسپری ، این افتخار را داشتم که با این دستگاه های قابل توجه همکاری نزدیکی داشته باشم و شاهد توانایی ها و محدودیت های آنها دست اول باشم. در این وبلاگ ، من از نظر خاصیت سیال محدودیت های مبدل حرارتی اسپری را بررسی می کنم و به عواملی که می تواند بر عملکرد و کارآیی آنها تأثیر بگذارد ، روشن می شود.
ویسکوزیته مایعات
یکی از محدودیت های اصلی مبدل های حرارتی اسپری مربوط به ویسکوزیته مایعات درگیر است. ویسکوزیته اندازه گیری مقاومت سیال در برابر جریان است. در مبدل حرارتی اسپری ، مایع به طور معمول روی یک سطح پاشیده می شود تا انتقال حرارت را تقویت کند. با این حال ، هنگام برخورد با مایعات بسیار چسبناک ، این فرایند پاشش می تواند چالش برانگیز شود.
مایعات ویسکوزیته زیاد به راحتی اتم نمی شوند. اتمیزاسیون در مبدل حرارتی اسپری بسیار مهم است زیرا باعث افزایش سطح مایعات می شود و انتقال بهتر حرارت را تسهیل می کند. هنگامی که مایعات به درستی اتم نمی شوند ، قطرات بزرگ به جای یک غبار ریز شکل می گیرند. این قطرات بزرگ نسبت به حجم سطح کوچکتر و کمتری دارند و باعث کاهش کارایی انتقال حرارت می شوند.
به عنوان مثال ، روغنهای سنگین یا برخی از راه حل های پلیمری دارای ویسکوزیته بالایی هستند. هنگام استفاده از مبدل حرارتی اسپری با این مایعات ، ضریب انتقال حرارت در مقایسه با استفاده از مایعات ویسکوزیته کم مانند آب می تواند به طور قابل توجهی پایین باشد. ضریب انتقال حرارت کاهش یافته به این معنی است که برای دستیابی به تغییر دمای مورد نظر ، زمان و انرژی بیشتری لازم است که می تواند منجر به افزایش هزینه های عملیاتی شود.
هدایت حرارتی
هدایت حرارتی یکی دیگر از ویژگی های سیال است که می تواند عملکرد یک مبدل حرارتی اسپری را محدود کند. هدایت حرارتی توانایی یک ماده برای انجام گرما است. مایعات با هدایت حرارتی کم ، گرما را به طور کارآمد در درون خود منتقل نمی کنند.
در مبدل حرارتی اسپری ، گرما از مایع گرم به مایع سرد از طریق سطح قطرات منتقل می شود. اگر مایع دارای هدایت حرارتی کم باشد ، انتقال حرارت در داخل قطرات کند است. این بدان معنی است که حتی اگر سطح خارجی قطرات با محیط انتقال در تماس باشد - ممکن است گرما نتواند به سرعت به قسمت داخلی قطرات نفوذ کند.
به عنوان مثال ، برخی از حلالهای آلی دارای رسانایی حرارتی نسبتاً کمی هستند. هنگامی که از این حلالها در مبدل حرارتی اسپری استفاده می شود ، میزان انتقال حرارت کلی محدود است. برای جبران این امر ، یک مبدل حرارتی بزرگتر یا زمان اقامت طولانی تر مایعات در مبدل حرارتی ممکن است مورد نیاز باشد که می تواند سرمایه و هزینه های عملیاتی را افزایش دهد.
واکنش پذیری شیمیایی و خوردگی
واکنش پذیری شیمیایی و خوردگی مایعات همچنین می تواند محدودیت هایی برای مبدلهای حرارتی اسپری ایجاد کند. اگر مایع بسیار واکنش پذیر یا خورنده باشد ، می تواند به مواد مبدل حرارتی آسیب برساند.
در مبدل حرارتی اسپری ، مایع با سطح انتقال گرما مستقیماً در تماس مستقیم قرار می گیرد. اگر مایع حاوی مواد خورنده مانند اسیدها یا قلیایی باشد ، می تواند سطوح فلزی مبدل حرارتی را خورد. این خوردگی می تواند منجر به گودبرداری ، نازک شدن دیوارها و در نهایت عدم موفقیت مبدل حرارتی شود.
علاوه بر این ، برخی از مایعات ممکن است با مواد مبدل حرارتی واکنش نشان دهند و رسوبات یا مقیاس را روی سطح تشکیل دهند. این سپرده ها به عنوان عایق عمل می کنند و باعث کاهش راندمان انتقال حرارت می شوند. به عنوان مثال ، آب با محتوای معدنی بالا می تواند در سطح گرما مقیاس ایجاد کند - با گذشت زمان سطح را منتقل کنید. این لایه مقیاس دارای هدایت حرارتی کم است که مانع فرآیند انتقال حرارت می شود.
تغییر فاز و نقطه جوش
تغییر فاز مایعات می تواند یک محدودیت قابل توجه در مبدل حرارتی اسپری باشد. هنگامی که یک مایع در طی فرآیند انتقال گرما به نقطه جوش خود می رسد ، می تواند مشکلات مختلفی ایجاد کند.
اگر مایع شروع به جوشاندن کند ، می تواند حباب بخار را تشکیل دهد. این حباب ها می توانند الگوی اسپری را مختل کرده و تماس بین مایع و سطح انتقال گرما را کاهش دهند. علاوه بر این ، تشکیل بخار به مقدار زیادی گرمای نهان نیاز دارد که می تواند باعث افت ناگهانی دمای مایع باقیمانده شود. این می تواند کنترل دقیق دمای سیال را به طور دقیق دشوار کند.
به عنوان مثال ، در یک مبدل حرارتی اسپری که برای گرم کردن یک مایع نزدیک به نقطه جوش خود استفاده می شود ، فرآیند انتقال حرارت قابل پیش بینی کمتر می شود. وجود بخار همچنین می تواند منجر به توزیع گرمای ناهموار شود ، که ممکن است باعث گرم شدن بیش از حد موضعی یا زیر گرم شدن سطح انتقال گرما شود.
تراکم
چگالی مایعات همچنین می تواند بر عملکرد مبدل حرارتی اسپری تأثیر بگذارد. مایعات با چگالی بالا نیاز به انرژی بیشتری برای پاشش دارند. نازل های اسپری نیاز به ایجاد نیروی کافی برای اتم کردن مایعات دارند و این نیاز نیرو با چگالی مایعات افزایش می یابد.
اگر نازل های اسپری برای کنترل مایعات چگالی بالا طراحی نشده باشند ، ممکن است اتمی سازی ناقص باشد. علاوه بر این ، مایعات چگالی بالا ممکن است تحت تأثیر گرانش سریعتر سقوط کنند و باعث کاهش زمان اقامت مایع در منطقه انتقال گرما می شوند. این می تواند منجر به انتقال حرارت کمتر و راندمان کمتر شود.
تأثیر در طراحی و انتخاب
این محدودیت های مربوط به خصوصیات سیال تأثیر مستقیمی در طراحی و انتخاب مبدل های حرارتی اسپری دارد. در هنگام برخورد با مایعات با خواص چالش برانگیز ، مهندسان باید عوامل زیر را با دقت در نظر بگیرند:
- انتخاب مواد: برای مایعات خورنده ، موادی با مقاومت در برابر خوردگی زیاد مانند فولاد ضد زنگ ، تیتانیوم یا پلاستیک خاصی ممکن است مورد نیاز باشد. این می تواند هزینه مبدل حرارتی را افزایش دهد.
- طراحی نازل: نازل های ویژه ممکن است برای اتمیتم کردن مایعات زیاد ویسکوزیته یا چگالی زیاد به طور مؤثر مورد نیاز باشد. این نازل ها ممکن است دارای حفره های بزرگتر یا هندسه های داخلی مختلف برای اطمینان از اتمی سازی مناسب باشند.
- اندازه مبدل حرارتی: برای جبران هدایت حرارتی کم یا انتقال حرارت آهسته به دلیل سایر خصوصیات سیال ، ممکن است یک مبدل حرارتی بزرگتر مورد نیاز باشد. این می تواند هزینه سرمایه و نیازهای فضا را افزایش دهد.
مقایسه با سایر مبدل های حرارتی
توجه به این نکته حائز اهمیت است که در حالی که مبدل های حرارتی اسپری این محدودیت ها را دارند ، اما در برنامه های خاص نیز مزایای منحصر به فردی دارند. در مقایسه بامبدل حرارتی صفحه دو لولهمبدلهای حرارتی اسپری می توانند در بعضی موارد انتقال حرارت بهتری را ارائه دهند که مایعات باید به سرعت در معرض یک سطح بزرگ قرار بگیرند. با این حال ، مبدلهای حرارتی دوتایی لوله - صفحه ممکن است برای کنترل مایعات فشار زیاد و با درجه حرارت بالا با نگرانی کمتر در مورد اتمیزاسیون مایعات مناسب تر باشد.
به همین ترتیب ،مبدل حرارتی نوع لوله مار غوطه ورمی تواند گزینه مناسبی برای مایعات باشد که اتمیزه کردن یا داشتن ویسکوزیته بالا دشوار است. مبدل های حرارتی لوله غوطه ور - لوله ها برای انتقال حرارت به اتمی سازی متکی نیستند ، بنابراین می توانند هنگام برخورد با خواص سیال به چالش کشیده تر بخشنده باشند. اما مبدلهای حرارتی اسپری می توانند جمع و جور تر باشند و از حرارت بیشتری برخوردار باشند - میزان انتقال در برنامه هایی که خواص سیال امکان اتمیزه مناسب را فراهم می کند.
پایان
در نتیجه ، در حالی که مبدل های حرارتی اسپری دستگاه های همه کاره و کارآمد برای انتقال حرارت هستند ، از نظر خاصیت سیال محدودیت هایی دارند. ویسکوزیته ، هدایت حرارتی ، واکنش شیمیایی ، تغییر فاز و چگالی مایعات همگی می توانند بر عملکرد و کارآیی این مبدل های حرارتی تأثیر بگذارند.
به عنوانمبدل حرارتی اسپریتأمین کننده ، ما این محدودیت ها را به خوبی درک می کنیم. ما با مشتریان خود نزدیک همکاری می کنیم تا طراحی و مواد مبدل حرارتی مناسب را بر اساس خصوصیات سیال خاص برنامه های کاربردی آنها انتخاب کنیم. اگر در انتقال حرارت با چالش هایی روبرو هستید یا مطمئن نیستید که مبدل حرارتی برای مایعات شما مناسب است ، ما از شما دعوت می کنیم تا برای یک بحث دقیق با ما تماس بگیرید. تیم متخصصان ما آماده است تا در یافتن بهترین راه حل برای نیازهای انتقال خود - به شما کمک کند.
منابع
- Incropera ، FP ، & DeWitt ، DP (2002). اصول گرما و انتقال انبوه. جان ویلی و پسران.
- شاه ، RK ، و Sekulic ، DP (2003). اصول طراحی مبدل حرارتی. جان ویلی و پسران.
- Kakac ، S. ، & Liu ، H. (2002). مبدلهای حرارتی: انتخاب ، رتبه و طراحی حرارتی. مطبوعات CRC.
