هنگام ورود به دنیای سیستم های مدیریت حرارتی ، دو مؤلفه که اغلب در بحث ها قرار می گیرند: تبخیر کننده ها و مبدل های حرارتی. من به عنوان یک تأمین کننده مبدل حرارتی فصلی ، من شاهد دست اول سردرگمی هستم که اغلب در مورد این دو دستگاه اساسی بوجود می آید. این وبلاگ با هدف روشن کردن تفاوت بین یک تبخیر کننده و مبدل حرارتی ، ریختن نور بر عملکردهای منحصر به فرد ، برنامه ها و ویژگی های آنها انجام شده است.
تعاریف اساسی
بیایید با اصول شروع کنیم. مبدل حرارتی وسیله ای است که برای انتقال گرما بین دو یا چند مایع در دماهای مختلف بدون مخلوط کردن آنها طراحی شده است. این انتقال بسته به نوع مبدل حرارتی از طریق یک دیوار جداکننده یا تماس مستقیم رخ می دهد. مبدلهای حرارتی در صنایع مختلف ، از سیستم های HVAC و تولید برق گرفته تا فرآوری شیمیایی و تولید مواد غذایی و آشامیدنی فراگیر هستند.
از طرف دیگر ، یک تبخیر کننده نوع خاصی از مبدل حرارتی است که بر تغییر فاز مایع به بخار متمرکز است. گرما را از محیط اطراف جذب می کند و باعث تبخیر مایع می شود. تبخیر کننده ها معمولاً در سیستم های یخچال و تهویه هوا و همچنین در فرآیندهای صنعتی که تبخیر یک گام مهم است ، مانند گیاهان نمک زدایی است.
اصول کار
مبدل
اصل کار مبدل حرارتی بر اساس قانون دوم ترمودینامیک است که بیان می کند که گرما از یک مایع درجه حرارت بالاتر به یک مایع درجه حرارت پایین تر جریان می یابد. انواع مختلفی از مبدل های حرارتی وجود دارد که هر کدام مکانیسم کاری خاص خود را دارند.
- مبدل حرارتی احیا کننده: در aمبدل حرارتی احیا کنندهگرما بین مایعات گرم و سرد از طریق محیط ذخیره سازی منتقل می شود. محیط ذخیره سازی ابتدا گرما را از مایع گرم جذب می کند و سپس آن را به مایع سرد آزاد می کند. این نوع مبدل حرارتی اغلب در کاربردهایی که بازیابی انرژی ضروری است ، مانند برخی از کوره های صنعتی استفاده می شود.
- مبدل حرارتی بین المللی:مبدل حرارتی بین المللیاز یک دیوار جامد برای جدا کردن دو مایعات استفاده می کند. گرما از طریق هدایت در سراسر دیوار منتقل می شود. متداول ترین نمونه مبدل حرارتی پوسته و - لوله است که در آن یک مایع در داخل لوله ها جریان می یابد و دیگری در خارج از لوله های موجود در پوسته جریان می یابد.
- مبدل حرارتی از نوع پوسته و لوله:مبدل حرارتی از نوع پوسته و لولهیک مبدل گرمای دیواری به طور گسترده استفاده می شود. این مجموعه از یک دسته از لوله های محصور در یک پوسته تشکیل شده است. مایع گرم می تواند در حالی که مایع سرد از طریق پوسته جریان می یابد ، از طریق لوله ها جریان یابد. سطح بزرگ لوله ها امکان انتقال حرارت کارآمد بین دو مایع را فراهم می کند.
تبخیر کننده
یک اواپراتور بر اساس اصل گرمای نهان تبخیر عمل می کند. هنگامی که یک مایع گرم می شود ، انرژی گرما را جذب می کند ، که برای شکستن پیوندهای بین مولکولی و تغییر مایع به بخار استفاده می شود. به عنوان مثال ، در یک سیستم تبرید ، تبخیر کننده در فضای یخچال قرار دارد. مبرد ، که در حالت مایع با فشار کم قرار دارد ، وارد تبخیر کننده می شود. از آنجا که گرما را از هوای اطراف یا سایر مواد موجود در فضای یخچال جذب می کند ، در بخار تبخیر می شود. این فرآیند محیط اطراف را خنک می کند.
برنامه
مبدل
- سیستم های HVAC: از مبدل های حرارتی در واحدهای حمل و نقل هوا استفاده می شود تا هوای ورودی را از قبل گرم کنید یا از قبل خنک کنید. در یک سیستم آب سرد ، یک مبدل حرارتی گرما را بین آب سرد شده و هوا منتقل می کند تا خنک کننده شود.
- نیروگاه: در نیروگاه ها ، از مبدل های حرارتی در فرآیندهای مختلف استفاده می شود ، مانند در کندانسورها برای تبدیل بخار به آب ، و در بخاری های آب های تغذیه شده برای قبل از ورود به دیگ بخار آب را گرم کنید.
- پردازش شیمیایی: مبدلهای حرارتی نقش مهمی در واکنشهای شیمیایی دارند ، جایی که کنترل دقیق دما لازم است. از آنها می توان برای گرم کردن یا خنک کننده واکنش دهنده ها ، کنترل میزان واکنش و بازیابی گرما از جریان زباله استفاده کرد.
تبخیر کننده
- یخچال و هوا - تهویه: اواپراتورها قلب سیستم های تبرید و تهویه هوا هستند. آنها مسئول از بین بردن گرما از فضای خنک شدن هستند و محیطی راحت را فراهم می کنند.
- صنعت غذا و آشامیدنی: در فرآوری مواد غذایی ، از تبخیر کننده ها برای تمرکز مایعات مانند آب میوه و شیر استفاده می شود. با تبخیر محتوای آب ، این محصول را می توان برای مدت طولانی تر حفظ کرد و راحت تر حمل کرد.
- تخلیه: از تبخیر کننده ها در گیاهان نمک زدایی برای تبدیل آب دریا به آب شیرین استفاده می شود. آب دریا گرم می شود و آب تبخیر می شود و نمک و ناخالصی های دیگر را پشت سر می گذارد. سپس بخار برای بدست آوردن آب شیرین متراکم می شود.
طراحی و ساخت
مبدل
طراحی و ساخت مبدل حرارتی به عوامل مختلفی از جمله نوع مایعات ، دما و فشار نیاز ، سرعت جریان و میزان انتقال حرارت مورد نظر بستگی دارد. مواد مورد استفاده در ساخت و ساز مبدل حرارتی باید با مایعات سازگار باشند و از هدایت حرارتی خوبی برخوردار باشند. مواد مشترک شامل فولاد ضد زنگ ، مس و تیتانیوم است.
اندازه و شکل مبدل حرارتی نیز بسته به کاربرد متفاوت است. به عنوان مثال ، در یک مبدل حرارتی جمع و جور ، هدف این است که حداکثر میزان انتقال حرارت را در یک فضای محدود به حداکثر برساند. این امر با استفاده از باله ، صفحات راه راه یا سایر هندسه های سطح پیشرفته حاصل می شود.
تبخیر کننده
اواپراتورها برای به حداکثر رساندن منطقه انتقال حرارت و ترویج تبخیر کارآمد طراحی شده اند. آنها اغلب دارای سطح بزرگی هستند که امکان جذب سریع حرارت را فراهم می کند. این طرح همچنین الگوی جریان مبرد یا مایع دیگر کار را برای اطمینان از تبخیر یکنواخت در نظر می گیرد.
علاوه بر این ، اواپراتورها برای جلوگیری از مسائلی مانند رسوب و خوردگی باید طراحی شوند. به عنوان مثال ، در یک تبخیر کننده یخچال ، زهکشی مناسب برای جلوگیری از تجمع رطوبت ضروری است ، که می تواند منجر به خوردگی و کاهش عملکرد شود.
کارایی
مبدل
عملکرد یک مبدل حرارتی با سرعت انتقال حرارت و کارآیی آن اندازه گیری می شود. سرعت انتقال حرارت تحت تأثیر عواملی مانند اختلاف دما بین مایعات ، سطح سطح موجود برای انتقال حرارت و ضریب انتقال حرارت کلی است.
با افزایش سطح انتقال حرارت ، با استفاده از موادی با هدایت حرارتی بالا ، و بهینه سازی سرعت جریان و الگوهای جریان مایعات می توان کارآیی را بهبود بخشید. با این حال ، این پیشرفت ها اغلب با هزینه افزایش فشار به وجود می آید که می تواند مصرف انرژی سیستم های پمپاژ یا دمیدن را افزایش دهد.
تبخیر کننده
عملکرد یک اواپراتور بر اساس توانایی آن در تبخیر مایع به طور کارآمد و ارائه اثر خنک کننده مورد نظر ارزیابی می شود. شاخص های کلیدی عملکرد شامل میزان تبخیر ، ضریب عملکرد (COP) و اختلاف دما بین مبرد و محیط اطراف آن است.
برای بهبود عملکرد یک اواپراتور ، عواملی مانند سرعت جریان مبرد ، سطح انتقال حرارت و جریان هوا یا جریان مایع بر روی کویل های اواپراتور باید با دقت کنترل شود.
پایان
به طور خلاصه ، در حالی که هم تبخیر کننده و هم مبدل حرارتی در انتقال حرارت نقش دارند ، از نظر اصول کار ، برنامه ها ، طراحی و عملکرد آنها تفاوت های متفاوتی دارند. مبدلهای حرارتی دستگاههای عمومی تر هستند - با هدف مورد استفاده برای انتقال گرما بین مایعات بدون تغییر فاز ، در حالی که اواپراتورها مبدل های حرارتی تخصصی هستند که روی تغییر فاز از مایع به بخار تمرکز می کنند.
ما به عنوان یک تأمین کننده مبدل حرارتی ، اهمیت این اختلافات را درک می کنیم و می توانیم راه حل های سفارشی برای تأمین نیازهای خاص شما ارائه دهیم. این که آیا شما به یک مبدل حرارتی برای یک کاربرد صنعتی در مقیاس بزرگ یا یک تبخیر کننده برای یک سیستم تبرید کوچک در مقیاس نیاز دارید ، تیم متخصصان ما می توانند در انتخاب محصول مناسب به شما کمک کنند.
اگر علاقه مند به کسب اطلاعات بیشتر در مورد محصولات مبدل حرارتی ما هستید یا نیازهای خاصی برای پروژه خود دارید ، لطفاً با ما تماس بگیرید. ما آماده هستیم تا در بحث های عمیق شرکت کنیم و بهترین راه حل های مدیریت حرارتی را در اختیار شما قرار دهیم.
منابع
- Incropera ، FP ، DeWitt ، DP ، Bergman ، TL ، & Lavine ، AS (2019). اصول گرما و انتقال انبوه. جان ویلی و پسران.
- Dossat ، RJ (2018). اصول یخچال. پیرسون
- Green ، DW ، & Perry ، RH (2017). کتابچه راهنمای مهندسان شیمی پری. مک گرا - آموزش هیل.
