كيفية تصميم مبادل حراري ورقة ثابتة لثلاثين - تدفق الطور؟

يعد تصميم مبادل حراري للورقة الأنبوبية الثابتة لمهمة معقدة ، وخاصة عند تقديم الطعام لتلبية الاحتياجات الصناعية المختلفة. كمورد جيد للمبادلات الحرارية ذات الأنبوب الثابتة ، اكتسبت خبرة كبيرة في هذا المجال. في هذه المدونة ، سأشارك بعض الجوانب الرئيسية لتصميم هذه المبادلات الحرارية لتدفق الطور.

فهم اثنين - تدفق الطور

يشير تدفق الطوران إلى تدفق السائل الموجود في مرحلتين مختلفتين في وقت واحد ، وعادة ما يكون سائل وبخار. يمكن أن يحدث ذلك في العديد من العمليات الصناعية ، كما هو الحال في توليد الطاقة ، والمعالجة الكيميائية ، والتبريد. عند التعامل مع تدفق طورين في مبادل حراري للأنبوب الثابت ، من الضروري فهم الخصائص الفريدة لهذا النوع من التدفق.

يعتمد سلوك تدفق الطور اثنين بشكل كبير على عوامل مثل معدل تدفق الكتلة ، والجودة (نسبة كتلة البخار إلى الكتلة الكلية) ، والضغط. على سبيل المثال ، مع زيادة جودة خليط الطور ، يمكن أن يتغير نمط التدفق من تدفق الفقاعات إلى تدفق سبيكة ، وتدفق حلقي ، وتدفق الضباب. كل نمط تدفق له خصائص نقل حرارة مختلفة وانخفاض الضغط ، والتي يجب مراعاتها أثناء عملية التصميم.

اعتبارات التصميم الرئيسية

نقل الحرارة

الوظيفة الأساسية للمبادل الحراري هي نقل الحرارة بين سائقين. في حالة تدفق الطور ، تكون آلية نقل الحرارة أكثر تعقيدًا مقارنة بتدفق الطور المفرد. على سبيل المثال ، أثناء عمليات الغليان أو التكثيف ، يلعب نقل الحرارة الكامنة دورًا مهمًا.

لحساب معدل نقل الحرارة بدقة ، من الضروري استخدام الارتباطات المناسبة. لنقل الحرارة المغلي ، يمكن استخدام الارتباطات مثل ارتباط تشن. يأخذ هذا الارتباط في الاعتبار كل من التأثيرات الغليان النووية والغليان الحراري. من ناحية أخرى ، لنقل حرارة التكثيف ، يمكن أن تكون الارتباطات مثل نظرية Nusselt لتكثيف الأفلام الصفحي نقطة انطلاق ، ولكن قد تكون هناك حاجة إلى ارتباطات أكثر تقدمًا للحالات المعقدة.

عند تصميم المبادل الحراري ، فإن هندسة الأنبوب لها أيضًا تأثير كبير على نقل الحرارة. على سبيل المثال ، يمكن أن يؤدي استخدام الأنابيب الزعنفة إلى زيادة مساحة نقل الحرارة ، وبالتالي تعزيز معامل نقل الحرارة الكلي. ومع ذلك ، يجب تحسين تصميم الزعانف بعناية لتجنب انخفاض الضغط المفرط.

انخفاض الضغط

انخفاض الضغط هو عامل حاسم آخر في تصميم مبادل حراري ورقة ثابتة لتدفق الطور. يمكن أن يؤدي انخفاض الضغط المفرط إلى زيادة متطلبات قوة الضخ وقد تؤثر على أداء النظام بأكمله.

في تدفق الطور الثاني ، يتكون انخفاض الضغط من انخفاض الضغط الاحتكاكي ، وانخفاض ضغط التسارع ، وانخفاض ضغط الجاذبية. يحدث انخفاض الضغط الاحتكاري بسبب مقاومة السائل للتدفق على طول الأنابيب والقذيفة. يرتبط انخفاض ضغط التسارع بالتغير في سرعة السوائل مع تغير الطور. يكون انخفاض ضغط الجاذبية كبيرًا عندما يكون للتدفق مكونًا رأسيًا.

لحساب انخفاض الضغط ، يتم استخدام الارتباطات التجريبية بشكل شائع. على سبيل المثال ، يتم استخدام ارتباط Lockhart - Martinelli على نطاق واسع لتقدير انخفاض الضغط الاحتكاري للمرحلة. ومع ذلك ، فإن هذه الارتباطات لها قيودها وقد تحتاج إلى تعديلها بناءً على ظروف التشغيل المحددة.

توزيع التدفق

يعد توزيع التدفق الموحد ضروريًا لنقل الحرارة الفعال ومنع ارتفاع درجة الحرارة المحلية أو تحت الاستخدام للمبادل الحراري. في نظام تدفق الطور ، يمكن أن يكون تحقيق توزيع تدفق موحد يمثل تحديًا بسبب أنماط التدفق المختلفة واتجاهات فصل الطور.

طريقة واحدة لتحسين توزيع التدفق هي من خلال تصميم مدخل ومنفذ مناسب. على سبيل المثال ، يمكن أن يساعد استخدام موزعي التدفق أو الحواجز على توزيع خليط الطور بالتساوي عبر الأنابيب أو الصدفة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يؤثر اتجاه المبادل الحراري أيضًا على توزيع التدفق. على سبيل المثال ، قد يكون للمبادل الحراري الأفقي خصائص توزيع تدفق مختلفة مقارنة بخصوصية رأسية.

خطوات التصميم

اختيار السوائل وخصائصها

تتمثل الخطوة الأولى في تصميم مبادل حراري في ورقة أنبوب ثابتة لثلاثين - تدفق الطور هي تحديد السوائل المناسبة وتحديد خصائصها. ويشمل ذلك الخواص الفيزيائية مثل الكثافة واللزوجة والحرارة المحددة والتوصيل الحراري ، وكذلك الخواص الديناميكية الحرارية مثل درجة حرارة التشبع والحتام الحراري.

بيانات الخصائص الدقيقة أمر بالغ الأهمية لحسابات التصميم الموثوقة. يمكن الحصول على هذه البيانات من مصادر مختلفة ، مثل قواعد بيانات الخصائص الديناميكية الحرارية أو القياسات التجريبية.

التحجيم الأولي

بناءً على متطلبات نقل الحرارة وخصائص السوائل ، يمكن إجراء تقدير أولي لحجم المبادل الحراري. وهذا ينطوي على حساب منطقة نقل الحرارة المطلوبة. يجب تقدير معامل نقل الحرارة الكلي ، وهو وظيفة معاملات نقل الحرارة الجانبية والقذيفة - الجانبية ، في هذه المرحلة.

يمكن إجراء التحجيم الأولي باستخدام معادلات مبسطة أو باستخدام أدوات البرمجيات المصممة خصيصًا لتصميم المبادل الحراري. ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أن هذا ليس سوى تقدير أولي ، وعادة ما يكون هناك مزيد من التحسين.

تصميم مفصل

بمجرد اكتمال التحجيم الأولي ، يمكن تنفيذ تصميم مفصل للمبادل الحراري. ويشمل ذلك تحديد تخطيط الأنبوب ، قطر الأنبوب ، طول الأنبوب ، وعدد الأنابيب. يجب أيضًا تصميم أبعاد الصدفة وتباعد الحواجز ونوع الحواجز.

أثناء عملية التصميم التفصيلية ، من الضروري إجراء حسابات تكرارية لتحسين التصميم استنادًا إلى متطلبات نقل الحرارة وإسقاط الضغط. قد يتضمن ذلك ضبط معلمات التصميم وإعادة حساب معدل نقل الحرارة وانخفاض الضغط حتى يتم تحقيق تصميم مقبول.

دراسات الحالة

دعونا نفكر في حالة يتم استخدام مبادل حراري للأنبوب الثابت لنظام التبريد مع تدفق تبريد الطور. يدخل المبرد المبادل الحراري كخليط من الطور ويخضع للتكثيف.

في هذه الحالة ، قام فريق التصميم بتحليل خصائص التبريد ومتطلبات نقل الحرارة. استخدموا الارتباطات المناسبة لحساب معدل نقل الحرارة وانخفاض الضغط. استنادًا إلى الحسابات ، اختاروا هندسة أنبوب مع أنابيب الزعانف لتعزيز نقل الحرارة.

تم تحسين تصميم الحرس لضمان توزيع تدفق موحد وتقليل انخفاض الضغط. بعد عدة تكرارات للتصميم والحسابات ، تم تصميم مبادل حراري تفي بمتطلبات الأداء لنظام التبريد.

المنتجات ذات الصلة

كمورد مبادل حراري للورقة الثابتة ، نقدم أيضًا منتجات أخرى ذات صلة. على سبيل المثال ، لديناخزان التخزين الرأسيوالتي يمكن استخدامها بالاقتران مع المبادلات الحرارية في العمليات الصناعية المختلفة. بالإضافة إلى ذلك ، لديناالمبادل الحراري لضاغط الهواءتم تصميمه للتعامل مع الحرارة الناتجة عن ضواغط الهواء بكفاءة. وناالمبادل الحراري والأنبوب المستخدمة في صناعة البتروكيماوياتتم تصميمه على وجه التحديد لتلبية المتطلبات الصعبة لصناعة البتروكيماويات.

الاتصال للشراء والتفاوض

إذا كنت مهتمًا بالمبادلات الحرارية للورقة الثابتة أو المنتجات الأخرى ذات الصلة ، فإننا ندعوك للاتصال بنا للشراء والتفاوض. يمكن لفريق الخبراء لدينا تزويدك بمعلومات منتج مفصلة ويساعدك في العثور على الحل الأنسب لاحتياجاتك المحددة.

مراجع

1. Guntropera ، FP ، & Dewitt ، DP (2002). أساسيات الحرارة ونقل الكتلة. وايلي.
2. Shah ، RK ، & Sekulic ، DP (2003). أساسيات تصميم المبادل الحراري. وايلي.
3. Hewitt ، GF ، Shires ، GL ، & Bott ، TR (1994). عملية نقل الحرارة. CRC Press.