مبدل های حرارتی اجزای ضروری هستند که در صنایع مختلف برای انتقال حرارت کارآمد بین دو سیال مورد استفاده قرار می گیرند. این مبدل ها نقش مهمی در فرآیندهای گرمایش، سرمایش و بازیابی انرژی دارند. یکی از عناصر طراحی که راندمان انتقال حرارت مبدل حرارتی را به طور قابل توجهی افزایش می دهد، تعبیه پره (فین) روی سطح لوله است.
فین ها را در چه مبدل های حرارتی می توان استفاده کرد؟
از فین ها می توان در انواع مختلف مبدل های حرارتی مانند مبدل های پوسته لوله، مبدل های حرارتی روغن، مبدل های صفحه ای، مبدل های هوا خنک، خنک کن روغن هیدرولیک و … برای افزایش راندمان انتقال حرارت استفاده کرد. برخی از مبدل های حرارتی رایج که می توانند فین ها را در خود جای دهند عبارتند از:
مبدل حرارتی آب و روغن : این مبدل ها از دسته ای از لوله ها تشکیل شده اند که در داخل یک پوسته استوانه ای قرار گرفته اند. فین ها را می توان به سطح بیرونی لوله ها متصل کرد تا سطح انتقال حرارت را افزایش داد و عملکرد کلی سیستم را بهبود بخشد.
مبدل های حرارتی صفحه ای: مبدل های حرارتی صفحه ای از یک سری صفحات با کانال های سیال سرد و گرم متناوب تشکیل شده اند. برای افزایش انتقال حرارت بین سیالات می توان فین ها را به صفحات اضافه کرد تا گرما به وسیله انتقال حرارت هدایت از صفحه به پایه فین و سطح فین انتقال یافته و سپس به وسیله همرفت به سیال خنک کننده منتقل شود.
مبدل های حرارتی هوا خنک: این مبدل های حرارتی برای خنک کردن سیال داغ، آن را در دسته ای از لوله های جریان داده، سپس هوای خنک را به روش مکانیکی یا طبیعی روی سطح لوله عبور می دهیم. معمولاً از فین ها ها در سطح بیرونی لوله ها برای افزایش سطح انتقال حرارت و بهبود راندمان خنک کننده استفاده می شود.
مبدل های حرارتی میکروکانالی: مبدل های حرارتی میکروکانالی دارای کانال های سیال کوچک با ابعاد معمولاً در محدوده میکرومتر هستند. فین ها را می توان به این کانال ها اضافه کرد تا سطح را افزایش داده و انتقال حرارت را در تجهیزات ابعاد کوچک، مانند سیستم های خنک کننده خودرو و خنک کننده الکترونیکی، بهبود بخشید.
تاثیر فین بر راندمان مبدل های حرارتی:
عملکرد و کارایی مبدل های حرارتی فین و لوله از طریق نسبت انتقال حرارت به افت فشار (ضریب اصطکاک) نشان داده می شود.
فین ها سطوح کشیده ای هستند که به سطح انتقال حرارت یک مبدل حرارتی متصل می شوند. این پره های نازک و کشیده به طور موثری سطح موجود برای تبادل گرما را افزایش می‌دهند که منجر به بهبود نرخ انتقال حرارت می‌شود. با قرار دادن فین در یک مبدل حرارتی، می توان تغییرات قابل توجهی را در فرایند انتقال حرارت سیستم مشاهده کرد.
افزودن فین، سطح در دسترس برای انتقال حرارت را افزایش می‌دهد. مساحی سطح فین ها از مساحت سطح لوله بیشتر است به همین دلیل تماس بیشتری با سیالی که روی آنها جریان دارد بر قرار می کنند. این افزایش سطح، باعث افزایش ضریب انتقال حرارت می شود. در نتیجه، مبدل های حرارتی مجهز به پره می توانند نرخ انتقال حرارت بالاتری را در مقایسه با مبدل های بدون پره به داشته باشند.
فین ها باعث ایجاد تلاطم در جریان سیال می شوند. افزایش تلاطم و آشفتگی باعث افزایش انتقال حرارت خواهد شد. هنگامی که سیال از روی سطح فین عبور می کند، دچار اختلال و گرداب های ناشی از هندسه فین می شود. این اختلالات الگوی جریان آرام را به هم میریزد و جریان آشفته را پدید می آورد که ویژگی های انتقال حرارت بهتری نسبت به جریان آرام دارد. آشفتگی به کاهش ضخامت لایه مرزی کمک می کند و امکان اختلاط بهتر و افزایش انتقال حرارت همرفتی را فراهم می کند. در نتیجه، گنجاندن فین ها در یک مبدل حرارتی ضریب انتقال حرارت کلی را بهبود می بخشد و کارایی سیستم را افزایش می دهد.
علاوه بر این، فین‌ها می‌توانند به غلبه بر محدودیت‌های مرتبط با طرح‌های مبدل حرارتی فشرده کمک کنند. مبدل‌های حرارتی فشرده معمولاً به دلیل محدودیت‌های اندازه، سطح سطح محدودی دارند. با ترکیب فین‌ها، می‌توان سطح موجود را بدون افزایش قابل توجه اندازه کلی مبدل حرارتی، به طور موثر افزایش داد. این عامل امکان انتقال حرارت کارآمدتر را در فضای فشرده فراهم می کند.
طراحی فین ها را می توان برای مطابقت با نیازهای انتقال حرارت خاص بهینه کرد. فین ها را می توان از نظر ضخامت، شکل، فاصله و جهت، بسته به عملکرد مورد نظر مبدل حرارتی تغییر داد. انتخاب پارامترهای طراحی فین می تواند بر عواملی مانند افت فشار، یکنواختی انتقال حرارت و مقاومت در برابر رسوب تاثیر بگذارد. با تطبیق ویژگی های فین برای کاربردهای خاص ، عملکرد کلی مبدل حرارتی را می توان به حداکثر رساند.
به طور خلاصه، گنجاندن فین در یک مبدل حرارتی راندمان انتقال حرارت آن را به طور قابل توجهی افزایش می دهد. فین‌ها سطح موجود برای تبادل حرارت را افزایش می‌دهند، تلاطم در جریان سیال را افزایش می‌دهند، هدایت گرما را تسهیل می‌کنند، محدودیت‌های مبدل های فشرده را کم کرده و موجب بهینه‌سازی طراحی خواهند شد. با گنجاندن فین ها در مبدل های حرارتی، می توان به بهبود عملکرد حرارتی، بهره وری انرژی و افزایش راندمان کلی در کاربردهای مختلف انتقال حرارت دست یافت.
جهت دریافت اطلاعات بیشتر با مشاوران ما در شرکت ویرا تجهیز در ارتباط باشید.
