لماذا تتطلب تطبيقات الاختلاف في درجة الحرارة الصغيرة تبادلاً طويل أو متعدد الأقراص

Original: ENGLISH HEXNOVAS المادة

لماذا تتطلب تطبيقات اختلال درجة الحرارة الصغيرة وقتا طويلا (LB SERIES PHE)

لماذا تتطلب تطبيقات الاختلاف في درجة الحرارة الصغيرة تبادلاً طويل أو متعدد الأقراص

و لماذا تتحول مبادلات القصف و الأنبوب الحرارية إلى عدم كفاءة متزايدة عندما يصبح الفرق في درجة الحرارة اللوغاريتية صغيراً جداً

وواجب فارق درجات الحرارة الصغيرة هو أحد أوضح الأمثلة على المكان الذي يهم فيه قياس جودة المبادلات بقدر ما هو نوع المبادلات. وعندما تصبح القوة المحركة لدرجات الحرارة منخفضة جدا، يقترب النظام من الحد الحراري. وفي ظل هذه الظروف، تصبح القصف المعياري ومبادلات الأنابيب سريعة الكبر، في حين أن مبادلات حرارة الطبق لا تزال عملية باستخدام معامل نقل حراري عالية بوجه عام، وممرات التدفق الطويلة، وترتيبات متعددة الطرقات. وهذا هو السبب بالضبط في أن التعافي من حرارة منخفضة الدرجة، وواجب نهج درجة الحرارة القريبة، واستعادة القدرة على توليد الطاقة كثيرا ما تتطلب مبادلات حرارة طويلة من اللوحات ( ALFA LAVAL TL10B، TL6B) أو مبادلات حرارة متعددة الطرق بدلا من القصف التقليدي ووحدات الأنابيب.

تحدي الحرارة الديناميكية لصغيرة

وفي أي متبادل للحرارة، يخضع الواجب للعلاقة الأساسية بين الحمولة الحرارية، ومعامل نقل الحرارة عموما، والمنطقة السطحية، والفرق في درجات الحرارة اللوغاريتية. بمجرد أن يصبح مرض الارتحال ضئيلاً جداً، تنهار القوة الدافعة المتاحة. وفي تلك المرحلة، لم يعد بوسع المُبادِل أن يعتمد على فارق درجات الحرارة ليحرك الحرارة بكفاءة. يجب أن يعوض عن ذلك عن طريق رفع مستوى الولايات المتحدة، أو زيادة A، أو كليهما.

النظر في مثال نهج وثيق:

درجة الحرارة النهائية

ΔT 1 = 30 − 28 = 2 K

ΔT 2 = 10 − 8 = 2 K

LMTD result

ΔT lm = 2 K

وهذا بالفعل قريب جدا من الحد العملي للدماغ الحراري.

لماذا (شيل) و (توبي) يصبحان كبيرين جداً

وتعمل مبادلات الحرارة في الأنابيب والفولاذ بشكل جيد في العديد من الواجبات التقليدية، لا سيما عندما تكون هناك أولويات لإثارة التسامح، أو الضغط العالي، أو العواطف الكبيرة. لكنها لا تُحدَّد بشكل طبيعي لنهج درجات الحرارة الصغيرة جداً. ومعامل نقل حرارتها العامة المثالي أقل بكثير من معامل تبديل حرارة الطبق، وعندما تنخفض درجة حرارة الأمصال إلى ما دون حوالي 5 كيلو غرامات، يجب أن تعوض تماما تقريبا بإضافة مساحة أكبر.

وفي مستوى منخفض جداً من الأمراض المنقولة جنسياً، فإن النتيجة ليست زيادة خطية في الحجم. تصبح مشكلة في التغليف والاقتصاد ويزداد المبادلات أطول وأثقل وأكثر تكلفة، في حين يزداد أيضا هيكل الدعم، ومقياس القصف، وبصمة التركيب. بالنسبة لاسترداد الحرارة من الدرجة المنخفضة، يصبح هذا سريعاً غير جذاب.

وهذا هو السبب الرئيسي في أن القصف والأنبوب كثيرا ما يصبحان غير عمليين في تطبيقات نهج الحرارة القريبة مثل استعادة حرارة النفايات، واستعادة الطاقة من المياه إلى المياه، وإعادة استخدام الحرارة في العمليات المنخفضة الجودة.

لمَ لا يزال بإمكان مُبادِلات الحرارة أن تعمل

ومبادلات التدفئة بالبطاقة أفضل من حيث الجوهر لواجبات الـ دي تي الصغيرة جداً لأنها تولد معامل نقل حراري أعلى بكثير. ويخلق نمط اللوحة المتآكل اضطرابا قويا حتى بمعدلات تدفق متواضعة نسبيا، في حين تظل القنوات رقيقة بما يكفي لإبقاء طبقة الحدود الحرارية قصيرة. وهذا ما يجعل التبادل يحتفظ بقيمة عالية في الولايات المتحدة حيث تفقد التكنولوجيات الأخرى الكفاءة.

لماذا يحدث هذا

• اللوحات المُخترقة تُزعج التدفق باستمرار.
• وتزيد الناموسيات الدقيقة المرتفعة من نقل الحرارة المتناغمة.
• إن طبقات الحدود الحرارية تخفض المقاومة على كلا الجانبين.
• ويساعد الترتيب التنافري في بقاء المبادلات فعالة حتى في نهج وثيق.

لماذا يُطلب تصميمات طويلة ونارو

بمجرد أن يختار المصمم مُبادِل حرارة لوحاتِ لواجبِ منخفضِ، السؤال التالي هو الهندسة. ولا يكفي مجرد جعل الوحدة أكبر في أي اتجاه. وإذا كان المبادلات أوسع بدلا من أن تكون أطول، فإن سرعة التدفق تهبط، والاضطرابات تضعف، وانخفاضات معامل نقل الحرارة. وهذا يقوّض بشكل مباشر سبب استخدام عينة من نوع PHE في المقام الأول.

ولهذا السبب يفضل مبادلات حرارة من طراز LB، وجيولوجيا اللوحة الطويلة، وتصميمات مماثلة من مواضع التدفق الممتدة لتطبيقات الفارق في درجات الحرارة الصغيرة. والفكرة هي إبقاء القناة ضيقة نسبيا مع زيادة طول التدفق الفعلي.

التصميم الواسع النطاق والقصّر

• السرعة الدنيا
• اضطراب ضعيف
• انخفاض معامِل نقل الحرارة
• سوء الاستجابة في إطار نهج وثيق

تصميم طويل ونارو

• الحفاظ على السرعة
• الاضطرابات الاحتياطية
• دعم ارتفاع قيمة الولايات المتحدة
• زيادة فعالية الاتحاد الوطني للاتصالات

ويحسن مسار التدفق الأطول أيضا عدد وحدات النقل، التي تزداد أهميتها عندما يكون الفرق في درجة الحرارة صغيرا وكل جزء من طول الاتصال الحراري.

لماذا يُستخدم "مُتعدّد القوّات" في كثير من الأحيان

في العديد من تطبيقات الإقتراب من درجة الحرارة، لا يزال مُبادِل حرارة واحدة غير كافٍ. ثم ينتقل المهندسون إلى ترتيبات متعددة الطرق لتقريب المبادلات من الواجب الحراري المطلوب. وبإجبار السائل على تغيير الاتجاه وتجاوزه من خلال زيادة التدفق الفعال، يزيد التصميم المتعدد الطرق من السرعة الداخلية ووقت الاتصال في آن واحد.

• ويعاد توزيع التدفق من خلال أقسام المرور المتكررة.
• وتزداد السرعة المحلية بالمقارنة مع مخططات واسعة النطاق منفردة.
• تجارب السوائل مسار أكثر فعالية داخل المُبادِل.
• ويتحسّن نقل الحرارة الإيجابي في ظل ظروف منخفضة من القوة المحركة.

موجز هندسي

خاتمة

الفرق في درجة الحرارة الصغيرة ليس مجرد إزعاج في التصميم إنه مقياس حراري وحالما تصبح القوة الدافعة منخفضة جدا، يجب على المبادِل أن يعتمد على الهندسة وديناميات السوائل للبقاء فعّالا.

وعادة ما يستجيب متبادلو الطلقات والأنابيب بضخامة كبيرة جدا. وتستجيب مبادلات التدفئة بالحوادث بالحرارة بالحفاظ على الاضطرابات، والحفاظ على معامل نقل حراري عالية، وتوسيع المسار الحراري الفعال. ولهذا السبب، فإن مبادلات الحرارة الطويلة والضيقة والمتعددة الطرق ليست مجرد أسلوب تصميمي اختياري في مهمة منخفضة الـ دي تي. وفي كثير من الحالات، فهي الحل الهندسي العملي الوحيد.

وبالنسبة للطلبات التي تنطوي على نهج درجات حرارة شديدة، واستعادة حرارة منخفضة الرتبة، والتبادل الحراري العالي الكفاءة، يمكن أن يساعد برنامج HEXNOVAS في تقييم ما إذا كان مبادل حرارة باللوحات الغازية، أو تصميم لوحات طويلة مخصص، أو تشكيلة متعددة الطرق هو الخيار الصحيح.

FAQ

مقايضة حرارة صغيرة، ومبادلات حرارة طويلة، ومبادلات حرارة من سلسلة LB، ومبادلات حرارة متعددة التجاوزات، ومبادلات حرارة منخفضة من دلتا تي، ومبادلات حرارة منخفضة درجة الحرارة، وقاذفة من الطلقات، وقاذفة حرارية من الدرجة الثانية، ومبادلات حرارية من درجة حرارة منخفضة، ومبادلات حرارية عالية من الكفاءة