Почему приложения с разницей температур требуют длинного или многопропускного теплообменника плиты

Оригинальная статья HEXNOVAS

Почему малые разницы температур требуют длинных (LB SERIES PHE) теплообменников плит

Почему приложения с разницей температур требуют длинного или многопропускного теплообменника плиты

И почему оболочечные и трубчатые теплообменники становятся все более неэффективными, когда среднее логарифмическое различие температур становится очень маленьким.

Небольшая разность температур является одним из ярчайших примеров того, где геометрия обменника имеет такое же значение, как и тип обменника. Когда доступная движущая сила температуры становится очень низкой, система приближается к термодинамическому пределу. В этих условиях стандартные оболочечные и трубчатые обменники быстро становятся очень большими, в то время как пластинчатые теплообменники все еще могут оставаться практичными, используя высокие общие коэффициенты теплопередачи, длинные пути потока и многопропускные устройства. Именно поэтому низкосортное рекуперирование тепла, работа при близком температурном подходе и энергосберегающие модернизация часто требуют длинных пластинчатых теплообменников (ALFA LAVAL TL10B, TL6B) или многопропускных пластинчатых теплообменников, а не обычных корпусных и трубных агрегатов.

Термодинамический вызов малого ΔT

В любом теплообменнике обязанность регулируется базовой связью между тепловой нагрузкой, общим коэффициентом теплопередачи, площадью поверхности и логарифмической средней разницей температур. Как только LMTD становится очень маленьким, доступная движущая сила рушится. В этот момент обменник больше не может полагаться на разницу температур для эффективного перемещения тепла. Она должна компенсироваться повышением U, увеличением A или и тем, и другим.

Рассмотрим пример с близким подходом:

Температура Конец разницы

ΔT 1 = 30 − 28 = 2 K

ΔT 2 = 10 − 8 = 2 K

Результат LMTD

ΔT lm = 2 K

Это уже очень близко к практическому термодинамическому пределу.

Почему раковина и трубка становятся чрезвычайно большими

Теплообменники скорлупы и трубки хорошо работают во многих традиционных задачах, особенно когда приоритетными являются устойчивость к загрязнению, высокое давление или большие сопла. Но они не оптимизированы для очень малого температурного режима. Их типичный общий коэффициент теплопередачи намного ниже, чем у пластинчатого теплообменника, и как только LMTD падает ниже примерно 5 К, оболочка и трубка должны компенсировать почти полностью, добавив больше площади.

При очень низком LMTD результат не является линейным увеличением размера. Это становится проблемой упаковки и экономики. Обменник становится длиннее, тяжелее и дороже, в то время как структура поддержки, диаметр оболочки и площадь установки также увеличиваются. Для низкосортного рекуперации тепла это быстро становится непривлекательным.

Это основная причина, по которой оболочка и трубка часто становятся непрактичными в приложениях с близким температурным подходом, таких как рекуперация тепла от отходов, рекуперация энергии от воды к воде и низкосортное повторное использование тепла в процессе.

Почему теплообменники плиты все еще могут работать

Пластинчатые теплообменники принципиально лучше подходят для очень небольшой ΔT-дебита, потому что они генерируют гораздо более высокие коэффициенты теплопередачи. Рисунок гофрированной пластины создает сильную турбулентность даже при относительно скромных скоростях потока, в то время как каналы остаются достаточно тонкими, чтобы держать термический пограничный слой коротким. Это позволяет обменнику поддерживать высокую ценность U, когда другие технологии теряют эффективность.

Почему это происходит

• Грузовые пластины непрерывно нарушают поток.
• Высокие сдвиговые микроканалы увеличивают конвективную теплопередачу.
• Тонкие термические граничные слои снижают сопротивление с обеих сторон.
• Контртоковое расположение помогает обменнику оставаться эффективным даже при близком подходе.

Зачем нужны длинные и узкие конструкции

После того, как дизайнер выбрал пластинчатый теплообменник для низкой пошлины ΔT, следующий вопрос - геометрия. Недостаточно просто сделать блок больше в любом направлении. Если обменник становится шире, а не длиннее, скорость потока падает, турбулентность ослабевает, а коэффициент теплопередачи падает. Это напрямую подрывает причину использования PHE в первую очередь.

Вот почему пластинчатые теплообменники серии LB, длинные пластинчатые геометрии и аналогичные конструкции с расширенным потоком предпочтительны для приложений с небольшой разницей температур. Идея состоит в том, чтобы сохранить канал относительно узким, одновременно увеличивая эффективную длину потока.

Широкий и короткий дизайн

• Нижняя скорость
• Слабая турбулентность
• Сниженный коэффициент теплопередачи
• Плохая реакция в ближнем приближении

Длинный и узкий дизайн

• Поддерживает скорость
• Сохранит турбулентность
• Поддерживает более высокую ценность U
• Повышение эффективности НТУ

Более длинный путь потока также улучшает количество передающих единиц, что становится все более важным, когда разница температур невелика и каждый бит длины теплового контакта имеет значение.

Почему часто используется многоканальный поток

Во многих приложениях с близким температурным подходом однопроходного пластинчатого теплообменника по-прежнему недостаточно. Затем инженеры обращаются к многопроходным устройствам, чтобы приблизить обменник к требуемой тепловой мощности. Вынуждая жидкость изменять направление и проходить через дополнительную эффективную длину потока, многопроходная конструкция увеличивает внутреннюю скорость и время контакта одновременно.

• Поток перераспределяется через повторяющиеся проходные секции.
• Локальная скорость увеличивается по сравнению с широкой однопроходной компоновкой.
• Жидкость испытывает более длительный эффективный путь внутри обменника.
• Конвективный теплообмен улучшается в условиях низкой движущей силы.

Инженерное резюме

Заключительное заключение

Небольшая разница температур не является простым неудобством для дизайна. Это термодинамическое ограничение. Как только движущая сила становится очень низкой, обменник должен полагаться на геометрию и динамику жидкости, чтобы оставаться эффективным.

Корпусные и трубчатые обменники обычно реагируют, становясь очень большими. Пластинчатые теплообменники реагируют сохранением турбулентности, поддержанием высоких коэффициентов теплопередачи и расширением эффективного теплового пути. Вот почему длинные, узкие, многопроходные пластинчатые теплообменники не просто необязательный стиль дизайна при низкой пошлине ΔT. Во многих случаях это единственное практическое инженерное решение.

Для приложений, связанных с близким температурным подходом, низкосортным рекуперацией тепла и компактным высокоэффективным термическим обменом, HEXNOVAS может помочь оценить, является ли проглоченный пластинчатый теплообменник, специальная конструкция длинной пластины или многопропускная конфигурация правильным выбором.

FAQ

теплообменник с небольшой разницей температур, теплообменник с длинной пластиной, теплообменник с пластиной серии LB, многопропускной теплообменник с пластиной, теплообменник с низкой дельта-Т, теплообменник с низкой теплоотдачей с теплоотдачей с низкой степенью теплоотдачи, теплообменник с оболочкой и трубкой против пластины, теплообменник с близкой температурой, теплообменник с низким LMTD, высокоэффективный теплообменник с пластиной