เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนทางอุตสาหกรรมทำหน้าที่เป็นระบบหมุนเวียนของโรงงานผลิต และการออกแบบส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพการดำเนินงาน เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นซึ่งเป็นที่รู้จักในด้านประสิทธิภาพการระบายความร้อนที่เหนือกว่า จำเป็นต้องมีการคำนวณที่แม่นยำในระหว่างขั้นตอนการออกแบบ บทความนี้จะตรวจสอบวิธีการคำนวณพื้นฐานสำหรับการออกแบบเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่น ซึ่งมีตัวอย่างในทางปฏิบัติสนับสนุน
การกำหนดภาระความร้อนที่แม่นยำเป็นรากฐานสำคัญของการออกแบบตัวแลกเปลี่ยนความร้อน โหลดความร้อนแสดงถึงความร้อนที่ถ่ายเทระหว่างของเหลวระหว่างกระบวนการแลกเปลี่ยน ซึ่งคำนวณได้ดังนี้:
ที่ไหน:
อัตราการไหลของมวลสามารถหาได้จากอัตราการไหลตามปริมาตรและความหนาแน่นของของไหล:
ความแตกต่างของอุณหภูมิเฉลี่ยลอการิทึม (LMTD) จะวัดปริมาณการไล่ระดับอุณหภูมิเฉลี่ยที่ขับเคลื่อนการถ่ายเทความร้อน:
โดยที่ ∆T1และ ∆T2แสดงถึงความแตกต่างของอุณหภูมิที่ปลายแต่ละด้านของเครื่องแลกเปลี่ยน ค่า LMTD ที่สูงขึ้นบ่งชี้ถึงศักยภาพในการถ่ายเทความร้อนที่สูงขึ้น แต่ต้องพิจารณาคุณสมบัติของของเหลวและข้อจำกัดแรงดันตกคร่อมอย่างรอบคอบ
พื้นที่ผิวการถ่ายเทความร้อนที่ต้องการคำนวณโดยใช้:
ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนโดยรวม (U) ประกอบด้วยหลายปัจจัย รวมถึงวัสดุของแผ่น ความต้านทานการเปรอะเปื้อน และคุณสมบัติของของไหล ค่าทั่วไปอยู่ในช่วง 3,000-7,000 W/m²K สำหรับการใช้งานน้ำ-น้ำ
น้ำร้อน: 25°C → 15°C ที่ 150 ลบ.ม./ชม
น้ำเย็น: 7°C → 12°C (กำหนดอัตราการไหล)
1. สมดุลความร้อน:
Q = 1,744 kW → การไหลของน้ำเย็น = 300 m³/h
2. การคำนวณ LMTD:
∆T1= 13°C, ∆T2= 8°ซ → ∆Tอืม= 10.3°ซ
3. พื้นที่ผิว:
สมมติว่า U = 5,000 วัตต์/ตร.ม. → A = 33.9 ตร.ม
4. จำนวนจาน:
ใช้เพลตขนาด 0.5 ตร.ม. → ต้องใช้เพลต 68 ตัว
แรงดันตกที่มากเกินไปทำให้ต้นทุนการสูบเพิ่มขึ้นและอาจลดอัตราการไหล กลยุทธ์การออกแบบประกอบด้วย:
เครื่องมือออกแบบที่ทันสมัยช่วยสร้างสมดุลระหว่างประสิทธิภาพการระบายความร้อนกับข้อจำกัดแรงดันตกคร่อม โดยมีช่วงที่ยอมรับโดยทั่วไประหว่าง 0.5-1.5 บาร์ต่อการผ่าน
แพลตฟอร์มการออกแบบร่วมสมัยช่วยให้สามารถจำลองประสิทธิภาพได้อย่างรวดเร็วผ่านอินพุตพาราเมตริก เครื่องมือเหล่านี้มี:
การออกแบบเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นที่มีประสิทธิภาพจำเป็นต้องมีการประเมินความต้องการด้านความร้อน ข้อจำกัดทางกายภาพ และพารามิเตอร์การปฏิบัติงานอย่างเป็นระบบ วิธีการคำนวณที่นำเสนอช่วยให้วิศวกรสามารถปรับประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนให้เหมาะสมที่สุดในขณะที่ยังคงรักษาขีดจำกัดการปฏิบัติงานในทางปฏิบัติ เนื่องจากกระบวนการทางอุตสาหกรรมต้องการประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่มากขึ้น การออกแบบเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่แม่นยำจึงมีความสำคัญมากขึ้นสำหรับการดำเนินการผลิตที่ยั่งยืน
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนทางอุตสาหกรรมทำหน้าที่เป็นระบบหมุนเวียนของโรงงานผลิต และการออกแบบส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพการดำเนินงาน เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นซึ่งเป็นที่รู้จักในด้านประสิทธิภาพการระบายความร้อนที่เหนือกว่า จำเป็นต้องมีการคำนวณที่แม่นยำในระหว่างขั้นตอนการออกแบบ บทความนี้จะตรวจสอบวิธีการคำนวณพื้นฐานสำหรับการออกแบบเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่น ซึ่งมีตัวอย่างในทางปฏิบัติสนับสนุน
การกำหนดภาระความร้อนที่แม่นยำเป็นรากฐานสำคัญของการออกแบบตัวแลกเปลี่ยนความร้อน โหลดความร้อนแสดงถึงความร้อนที่ถ่ายเทระหว่างของเหลวระหว่างกระบวนการแลกเปลี่ยน ซึ่งคำนวณได้ดังนี้:
ที่ไหน:
อัตราการไหลของมวลสามารถหาได้จากอัตราการไหลตามปริมาตรและความหนาแน่นของของไหล:
ความแตกต่างของอุณหภูมิเฉลี่ยลอการิทึม (LMTD) จะวัดปริมาณการไล่ระดับอุณหภูมิเฉลี่ยที่ขับเคลื่อนการถ่ายเทความร้อน:
โดยที่ ∆T1และ ∆T2แสดงถึงความแตกต่างของอุณหภูมิที่ปลายแต่ละด้านของเครื่องแลกเปลี่ยน ค่า LMTD ที่สูงขึ้นบ่งชี้ถึงศักยภาพในการถ่ายเทความร้อนที่สูงขึ้น แต่ต้องพิจารณาคุณสมบัติของของเหลวและข้อจำกัดแรงดันตกคร่อมอย่างรอบคอบ
พื้นที่ผิวการถ่ายเทความร้อนที่ต้องการคำนวณโดยใช้:
ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนโดยรวม (U) ประกอบด้วยหลายปัจจัย รวมถึงวัสดุของแผ่น ความต้านทานการเปรอะเปื้อน และคุณสมบัติของของไหล ค่าทั่วไปอยู่ในช่วง 3,000-7,000 W/m²K สำหรับการใช้งานน้ำ-น้ำ
น้ำร้อน: 25°C → 15°C ที่ 150 ลบ.ม./ชม
น้ำเย็น: 7°C → 12°C (กำหนดอัตราการไหล)
1. สมดุลความร้อน:
Q = 1,744 kW → การไหลของน้ำเย็น = 300 m³/h
2. การคำนวณ LMTD:
∆T1= 13°C, ∆T2= 8°ซ → ∆Tอืม= 10.3°ซ
3. พื้นที่ผิว:
สมมติว่า U = 5,000 วัตต์/ตร.ม. → A = 33.9 ตร.ม
4. จำนวนจาน:
ใช้เพลตขนาด 0.5 ตร.ม. → ต้องใช้เพลต 68 ตัว
แรงดันตกที่มากเกินไปทำให้ต้นทุนการสูบเพิ่มขึ้นและอาจลดอัตราการไหล กลยุทธ์การออกแบบประกอบด้วย:
เครื่องมือออกแบบที่ทันสมัยช่วยสร้างสมดุลระหว่างประสิทธิภาพการระบายความร้อนกับข้อจำกัดแรงดันตกคร่อม โดยมีช่วงที่ยอมรับโดยทั่วไประหว่าง 0.5-1.5 บาร์ต่อการผ่าน
แพลตฟอร์มการออกแบบร่วมสมัยช่วยให้สามารถจำลองประสิทธิภาพได้อย่างรวดเร็วผ่านอินพุตพาราเมตริก เครื่องมือเหล่านี้มี:
การออกแบบเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นที่มีประสิทธิภาพจำเป็นต้องมีการประเมินความต้องการด้านความร้อน ข้อจำกัดทางกายภาพ และพารามิเตอร์การปฏิบัติงานอย่างเป็นระบบ วิธีการคำนวณที่นำเสนอช่วยให้วิศวกรสามารถปรับประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนให้เหมาะสมที่สุดในขณะที่ยังคงรักษาขีดจำกัดการปฏิบัติงานในทางปฏิบัติ เนื่องจากกระบวนการทางอุตสาหกรรมต้องการประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่มากขึ้น การออกแบบเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่แม่นยำจึงมีความสำคัญมากขึ้นสำหรับการดำเนินการผลิตที่ยั่งยืน
