یکی از مهمترین دغدغه مدیران صنایع و کارخانجات، افزایش بازدهی تجهیزات و عملکرد آن ها می باشد. یکی از تجهیزاتی که بیشترین استفاده را در صنایع داشته و بازدهی آن اهمیت ویژه ای دارد، مبدل های حرارتی می باشند که برای خنک کاری انواع سیالات استفاده می گردد. در این مقاله قصد داریم در مورد یکی از راه های موثر در بازدهی مبدل های حرارتی با عنوان مقایسه جریان همسو و ناهمسو در مبدل حرارتی ، صحبت کنیم.
جریان همسو ( موازی ) در مبدل حرارتی
در این نوع مبدل حرارتی، هر دو سیال خنک شونده و خنک کننده از یک سمت وارد شده و به صورت موازی در طول مبدل حرارتی پیش می روند. بیشترین نرخ انتقال حرارت در ابتدا و کمترین نرخ انتقال حرارت در انتهای مبدل حرارتی اتفاق می افتد. در شکل زیر به صورت شماتیک، جریان همسو و یا موازی نشان داده شده است. از این جریان همسو معمولا در مبدل های حرارتی دو لوله، بیشتر استفاده می شود.
جریان ناهمسو ( متقابل ) در مبدل حرارتی
در این نوع مبدل حرارتی، هر کدام از سیال های خنک کننده و خنک شونده به صورت متقابل از دو سمت مبدل حرارتی وارد شده و در طول آن حرکت می کنند. در این حالت نرخ انتقال حرارت تقریبا عدد ثابتی در طول مبدل است. با این حال در جریان ناهمسو، با استناد به محاسبات و تجریه، بیشترین نرخ انتقال حرارت نسبت به جریان همسو اتفاق می افتد. در شکل زیر، شکل شماتیک یک جریان ناهسمو در مبدل حرارتی نشان داده شده است. در اغلب مبدل های حرارتی پوسته و لوله از جریان ناهمسو برای خنک کاری استفاده می شود.
جریان متقاطع در مبدل حرارتی
در این نوع مبدل حرارتی دو جریان سیال خنک کننده و خنک شونده به صورت عمود بر جریان دارند. نمونه این مبدل های حرارتی را می توان در مبدل های حرارتی هوا خنک دید. به طوری که جریان هوا توسط فن دمنده یا مکنده به سیال خنک شونده همانند روغن که داخل لوله ها جریان دارد، دمیده می شود و موجب خنک کاری روغن می گردد.
فرمول طراحی مبدل حرارتی بر اساس جریان همسو و ناهسمو
نرخ انتقال حرارت در مبدل های حرارتی توسط فرمول زیر تعیین می شود:
که در رابطه فوق U، ضریب انتقال حرارت کلی ، A مساحت انتقال حرارت بین دو سیال و اختلاف دمای متوسط لگاریتمی می باشد که با توجه به این که جریان همسو و یا ناهمسو باشد، نوع محاسبه متفاوت خواهد بود.
برای جریان همسو اختلاف دمای متوسط لگاریتمی به صورت زیر محاسبه می شود:
برای جریان ناهمسو، اختلاف دمای متوسط لگاریتمی به صورت زیر محاسبه می شود:
به عنوان مثال دو مبدل حرارتی پوسته و لوله را در نظر بگیرید که درای ابعاد و اجزای یکسانی هستند. در یکی جریان سیالات همسو و در دیگری جریان سیالات ناهمسو می باشد. ضریب کلی انتقال حرارت و سطح انتقال حرارت در هر دو یکسان می باشد ولی به دلیل اینکه اختلاف دمای متوسط لگاریتمی در نوع جریان ناهمسو بیشتر است، لذا در مبدل حرارتی با جریان ناهمسو نرخ انتقال حرارت نیز بیشتر خواهد بود. به همین دلیل مبدل های حرارتی پوسته و لوله برای جریان های ناهمسو که بیشترین بازدهی را دارد، طراحی می شوند.
نکات مهم در استفاده از مبدل های حرارتی و جریان سیالات
در استفاده از مبدل های حرارتی توجه به نکات زیر حائز اهمیت است:
- سیال های وسیکوز مثل روغن بهتر است در پوسته جریان داشته باشند.
- سیال های خورنده و سمی و قابل اشتعال بهتر است درون لوله ها جریان داشته باشند.
- سیالات دارای فشار بالا و رسوب زا بهتر است درون لوله ها جریان داشته باشند.
- اگر هدف سرد کردن سیال گرم باشد، سیال گرم باید در پوسته جریان داشته باشد.
- اگر گرم کردن سیال سرد هدف ما باشد، باید سیال سرد درون لوله ها جریان داشته باشد.
شرکت ویرا تجهیز صنعت، به عنوان تولیدکننده مبدل های حرارتی پوسته و لوله آب و روغن و مبدل حرارتی هوا خنک روغن، این ویژگی سیالات را مد نظر قرار داده و متناسب با این امر، اقدام به طراحی مبدل های حرارتی با بازدهی بالا کرده است. برای دریافت کاتالوگ محصولات و همچنین مشاوره رایگان برای انتخاب مبدل حرارتی مناسب خود می توانید با کارشناسان واحد فروش ما تماس بگیرید.
