مبادلات حرارتی صنعتی به عنوان سیستم گردش خون کارخانه های تولیدی عمل می کنند و طراحی آنها به طور مستقیم بر بهره وری عملیاتی تأثیر می گذارد.به خاطر عملکرد حرارتی برترشان شناخته شده انداین مقاله روش های محاسباتی اساسی برای طراحی مبادله گرما صفحه را با مثال های عملی بررسی می کند.
1محاسبات بار حرارتی: بنیاد
تعیین دقیق بار حرارتی سنگ بنای طراحی مبادله گرما است. بار حرارتی نشان دهنده گرما است که در طول فرآیند مبادله بین مایعات منتقل می شود و به صورت زیر محاسبه می شود:
قداغ=داغ× Cpداغ× (Tداخل، داغ-تبيرون، داغ) = Qسرد=سرد× Cpسرد× (Tبیرون، سرد-تداخل، سرد)
کجا:
- Q = بار حرارتی (kW)
- ṁ = سرعت جریان جرم (kg/h)
- Cp = ظرفیت حرارتی خاص (kJ/kg°C)
- T = دمای (°C)
میزان جریان جرم را می توان از میزان جریان حجمی و تراکم مایع بدست آورد:
ṁ = W × ρ
2. تفاوت متوسط دمای لوگارتیمیک: نیروی محرک
تفاوت میانگین دمای لوگاریتیمیک (LMTD) میانگین گرادیان درجه حرارت را که باعث انتقال گرما می شود، اندازه گیری می کند:
ΔTمن= (ΔT1- ΔT2) / ln(ΔT1/ ΔT2)
جایی که ΔT1و ΔT2تفاوت های دمایی را در هر یک از انتهای مبدل نشان می دهد.مقادیر بالاتر LMTD نشان دهنده پتانسیل انتقال گرما قوی تر است اما نیاز به بررسی دقیق خواص مایع و محدودیت های کاهش فشار دارد.
3منطقه انتقال گرما: تعیین اندازه تجهیزات
مساحت سطح انتقال گرما مورد نیاز با استفاده از:
Q = A × U × ΔTمن
ضریب انتقال گرما کلی (U) شامل عوامل متعددی از جمله مواد صفحه، مقاومت در برابر آلودگی و خواص مایع است. مقادیر معمول بین 3000-7 می باشد.000 W/m2K برای کاربردهای آب-آب.
4کاربرد عملی: مبادله گرما آب به آب
شرایط عملیاتی:
آب گرم: 25°C → 15°C در 150 m3/h
آب سرد: 7°C → 12°C (سرعت جریان باید تعیین شود)
فرآیند محاسبه:
1تعادل حرارتی:
Q = 1744 kW → جریان آب سرد = 300 m3/h
2محاسبه LMTD:
ΔT1= 13°C، ΔT2= 8°C → ΔTمن= 10.3°C
3سطح:
فرض کنید U = 5000 W/m2K → A = 33.9 m2
4تعداد تخته ها:
استفاده از صفحه های 0.5 متر مربع → 68 صفحه مورد نیاز
5. ملاحظات کاهش فشار
کاهش بیش از حد فشار باعث افزایش هزینه های پمپ شدن می شود و ممکن است نرخ جریان را کاهش دهد. استراتژی های طراحی شامل:
- افزایش تعداد کانال های جریان
- انتخاب صفحات با شکاف های بزرگتر
- بهینه سازی الگوهای لوله کشی
ابزار طراحی مدرن به تعادل عملکرد حرارتی در برابر محدودیت های کاهش فشار کمک می کند، با محدوده های قابل قبول معمولی بین 0.5-1.5 بار در هر گذر.
6ابزار طراحی دیجیتال
سیستم عامل های طراحی معاصر شبیه سازی عملکرد سریع را از طریق ورودی پارامتری امکان پذیر می کنند. این ابزارها ارائه می دهند:
- محاسبات حرارتی خودکار
- تحلیل سناریوی مقایسه ای
- تجسم الگوهای جریان
نتیجه گیری
طراحی موثر مبادله گرما صفحه نیاز به ارزیابی سیستماتیک الزامات حرارتی، محدودیت های فیزیکی و پارامترهای عملیاتی دارد.روش محاسباتی ارائه شده به مهندسان امکان می دهد تا با حفظ محدودیت های عملی، بهره وری انتقال گرما را بهینه کننداز آنجا که فرآیندهای صنعتی نیاز به بهره وری انرژی بیشتری دارند، طراحی دقیق مبادله گرما برای عملیات تولید پایدار به طور فزاینده ای حیاتی می شود.
پیام شما باید بین 20 تا 3000 کاراکتر باشد!
