Kako izboljšati učinkovitost prenosa toplote izmenjevalnikov toplote?

Načelo delovanja toplotnega izmenjevalnika: tekoči medij teče skozi valovite reže znotraj toplotnega izmenjevalnika z zelo nizko hitrostjo pretoka, kar ustvarja turbulenten tok, s čimer se doseže relativno visok koeficient prenosa toplote. Sklepamo lahko, da je učinkovitost prenosa toplote tesno povezana z obliko in strukturo valovitih plošč znotraj toplotnega izmenjevalnika in stanjem pretoka tekočine. Katere specifične metode je mogoče uporabiti za izboljšanje učinkovitosti prenosa toplote izmenjevalnika toplote?

Plošča je jedro za prenos toplote ploščetoplotni izmenjevalnik. Njegova toplotna prevodnost in zasnova pretočnega kanala neposredno določata osnovno zmogljivost prenosa toplote in ju je treba najprej optimizirati od vira.

1. Za plošče izberite materiale z visoko toplotno prevodnostjo

Kot plošče lahko izberemo nerjaveče jeklo 304, nerjaveče jeklo 316L, bakrovo zlitino in titanovo zlitino. Nerjavno jeklo ima dobro toplotno prevodnost in razmeroma ugodno ceno. Ima visoko trdnost, dobro zmogljivost žigosanja in ni zlahka oksidiran v težkih okoljih.

2. Ujemanje učinkovite ploščate valovite strukture

Valovitost plošče določa obliko pretočnega kanala in neposredno vpliva na intenzivnost motenj tekočine (močnejše kot so motnje, tanjša je mejna plast in višji je koeficient konvekcijske toplotne prehodnosti). Vrsto valovitosti je treba izbrati glede na zahteve glede viskoznosti tekočine in prenosa toplote:

3. Razumna zasnova količine plošče in kombinacije pretočnih kanalov

Število plošč določa skupno površino prenosa toplote (A), kombinacija pretočnih kanalov (en-prehod/več-prehod) pa vpliva na pretok tekočine. Treba ga je natančno uskladiti glede na "obremenitev prenosa toplote": Izračun števila plošč: Po formuli Q=K×A×ΔTₘ (Q je obremenitev izmenjave toplote, ΔTₘ je logaritemska povprečna temperaturna razlika), po določitvi vrednosti K in ΔTₘ obratno izračunajte zahtevano najmanjšo površino prenosa toplote. Nato na podlagi efektivne površine posamezne plošče (npr. običajno uporabljena površina plošče je 0,1-0,5㎡) izračunajte število plošč. Priporočljivo je, da rezervirate 10-15-odstotno rezervo za obvladovanje kratkoročnih nihanj obremenitve.

Optimizacija kombinacije pretočnih kanalov: povečajte ali zmanjšajte število pretočnih poti, da povečate hitrost pretoka do turbulentnega območja (Re > 300 je priporočljivo na ploščasti pretočni poti). Če je hitrost pretoka prenizka (na primer Re=150 v eni sami pretočni poti, laminarni tok), spremenite na "dvo-tokovno pot" (tekočina teče naprej in nazaj v plošči, podvoji pot in hitrost toka ter poveča Re na 300, s čimer vstopi v turbulentni tok).

4. Zmanjšajte debelino plošč v enota izmenjevalnika toplote

Na toplotno prevodnost močno vpliva debelina same plošče. Raziskovalni poskusi so pokazali, da lahko pri simetričnem ploščnem izmenjevalniku toplote vsako zmanjšanje debeline plošče za 0,1 mm poveča celoten sistem prenosa toplote za 600 W, medtem ko se lahko pri asimetrični napravi poveča za 500 W. Zato je pod predpostavko izpolnjevanja zahtev glede mehanske učinkovitosti izmenjevalnika toplote tanjša ko je plošča zasnovana, večja je toplotna prevodnost.

5. Oblika valovitega dela

Čeprav je porazdelitev napetosti med stiskanjem sorazmerno enakomerna, ko je valoviti-prerez trikoten, je koeficient toplotnega prenosa plošče v obliki ribje kosti, ki jo je relativno težko obdelati, višji. Poleg tega, večji kot je valovita zasnova, večja je hitrost pretoka medija v pretočnem kanalu med vejami plošče, zato bo koeficient prenosa toplote večji.

6. Pravočasno očistite vodni kamen na krožniku

Ko je lestvica na plošči večja od 1 mm, se skupna učinkovitost prenosa toplote opreme zmanjša za 10 %. Zato je treba na vhodu dodati opremo za filtriranje in redno čistiti izmenjevalnik toplote. Samo na ta način je mogoče zmanjšati debelino luske na plošči in stabilizirati učinkovitost izmenjave toplote na relativno ravni ravni.