اخبار
اخبار
صفحه اصلی / اخبار / اخبار صنعت / مبدل های حرارتی باله صفحه ای - راهنمای طراحی، انتخاب، اندازه و نگهداری کارآمد

مبدل های حرارتی باله صفحه ای - راهنمای طراحی، انتخاب، اندازه و نگهداری کارآمد

Wuxi Jinlianshun Aluminium Co. Ltd. 2025.10.16

1. مبدل های حرارتی باله های صفحه ای - نمای کلی و مزایای اصلی

مبدل های حرارتی پره صفحه ای دستگاه های حرارتی بسیار کارآمدی هستند که برای انتقال گرما بین دو یا چند سیال طراحی شده اند و در عین حال اندازه فشرده و ساختار سبک را حفظ می کنند. آنها از صفحات فلزی انباشته تشکیل شده اند که توسط بسته های باله ای جدا شده اند که گذرگاه های جریانی متعددی را ایجاد می کنند. هندسه باله سطح را افزایش می دهد و تلاطم را برای انتقال حرارت همرفتی بهبود می بخشد. مزایای معمولی عبارتند از نسبت سطح به حجم بالا، وزن کم در هر کیلو وات، قابلیت چند جریان (هوا به هوا، گاز به نفت، مایع به گاز)، و سهولت سفارشی سازی برای فشار، دما و نرخ جریان مورد نیاز.

2. ملاحظات طراحی و ساخت

یک طراحی عملی با مشخص کردن وظیفه (بار حرارتی)، دمای ورودی/خروجی، حداکثر افت فشار مجاز و خواص سیال آغاز می‌شود. متغیرهای کلیدی ساخت و ساز که عملکرد را تعیین می کنند عبارتند از نوع پره، ارتفاع و فاصله پره، ضخامت صفحه، انتخاب مواد، روش لحیم کاری یا جوشکاری، و ترتیب جریان (جریان متقاطع، جریان متقابل، یا چند گذر). طراحان معمولاً انتقال حرارت را با روش‌های اختلاف دمای میانگین لگاریتم (LMTD) مدل‌سازی می‌کنند و با دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) زمانی که وزن کم یا محدودیت‌های حرارتی وجود دارد تأیید می‌کنند.

2.1 مواد، لحیم کاری و مقاومت در برابر خوردگی

موادی که معمولاً مورد استفاده قرار می‌گیرند آلومینیوم (سبک، هدایت حرارتی عالی)، فولادهای ضد زنگ (فشار/دمای بالاتر، مقاومت در برابر خوردگی) و مس (رسانایی عالی اما سنگین‌تر و گران‌تر) هستند. لحیم کاری (آلیاژهای لحیم کاری آلومینیوم یا مس) برای اتصال صفحات و باله ها رایج است. لحیم کاری خلاء اتصالات قابل اعتمادی را برای واحدهای هوافضا و برودتی با کارایی بالا ایجاد می کند. انتخاب مواد و روش های اتصال بر اساس دمای عملیاتی، شیمی سیال و مقاومت مکانیکی مورد نیاز.

2.2 هندسه باله و تاثیر آن بر انتقال حرارت و افت فشار

هندسه پره (ساده، سوراخ دار، لووردار، موج دار، یا نوار افست) تعادل بین ضریب انتقال حرارت و افت فشار را کنترل می کند. باله های لووردار و نوار افست تلاطم و انتقال حرارت را افزایش می دهند اما افت فشار را نیز افزایش می دهند. باله‌های ساده افت فشار را به حداقل می‌رسانند اما برای کار معادل به ناحیه جلویی بزرگ‌تری نیاز دارند. روش معمول طراحی این است که باله ای را انتخاب کنید که با ΔP مجاز مطابقت داشته باشد در حالی که وزن و ناحیه جلویی را به حداقل می رساند.

3. عملکرد حرارتی: چک لیست محاسبه

این چک لیست گام به گام را برای تخمین عملکرد حرارتی برای طراحی اولیه دنبال کنید:

  • دمای ورودی/خروجی و نرخ جریان جرمی را برای هر جریان تعریف کنید.
  • وظیفه گرمای مورد نیاز Q = ṁ·c_p·ΔT را برای همه جریانها محاسبه کنید.
  • هندسه پره ها را انتخاب کنید و ضرایب همرفت سمت فردی را تخمین بزنید (از همبستگی ها یا داده های فروشنده استفاده کنید).
  • ضریب انتقال حرارت کلی U از جمله بازده پره و رسانش از طریق صفحات را محاسبه کنید.
  • از A = Q / (U·LMTD) برای تخمین ناحیه انتقال حرارت مورد نیاز استفاده کنید. تکرار با محدودیت های افت فشار.

4. افت فشار و محدودیت های مکانیکی - معاوضه های عملی

طرح‌های باله‌های صفحه اغلب با افت فشار مجاز محدود می‌شوند. تراکم باله های بالا و هندسه پره های تهاجمی انتقال حرارت را افزایش می دهد اما افت فشار و قدرت فن/پمپ را نیز افزایش می دهد. برای گازها، افت فشار به شدت با سرعت و انسداد باله کاهش می یابد. برای مایعات، انتخاب دقیق اندازه عبور از تلفات زیاد ویسکوز جلوگیری می کند. محدودیت‌های مکانیکی شامل حداکثر فشار کاری، انبساط تفاضلی بین مواد و خستگی مفاصل لحیم‌شده تحت بارهای حرارتی چرخه‌ای است که برای استفاده در هوافضا و برودتی مهم است.

5. بهترین شیوه های رسوب گیری، تمیز کردن و نگهداری

از آنجایی که مبدل های باله صفحه ای از گذرگاه های باریک استفاده می کنند، نسبت به رسوب ذرات و رسوب ناشی از بخارات متراکم حساسیت بیشتری دارند. بهترین شیوه ها:

  • فیلتراسیون و جداکننده های بالادست را برای کاهش بارگذاری ذرات و قطرات مشخص کنید.
  • اگر تمیز کردن شیمیایی پیش بینی می شود، مواد باله و صفحه سازگار با مواد شیمیایی پاک کننده را انتخاب کنید.
  • طراحی برای بازرسی درجا یا شامل ماژول های اصلی قابل تعویض برای کاربردهای خدمات شدید.
  • در صورت لزوم از شستشوی برگشتی (برای جریان های برگشت پذیر) یا تمیز کردن پنوماتیک استفاده کنید.

6. دستورالعمل اندازه و محاسبه مثال

یک مثال مختصر اندازه گیری (هوا به مایع): وظیفه مورد نیاز 50 کیلو وات، ورودی هوا 25 درجه سانتی گراد تا 45 درجه سانتی گراد، ورودی آب 40 درجه سانتی گراد تا 35 درجه سانتی گراد، سمت هوا مجاز ΔP = 150 Pa. رویکرد سریع: محاسبه Q و سرعت جرم آب، تخمین Q و نرخ جریان جرمی آب، برآورد ضریب انتقال حرارت از سمت هوا، ضریب انتقال حرارت از جلو و سپس بررسی ضریب انتقال حرارت از جلو و سپس بررسی UMTal بر اساس سطح انتخابی L سرعت هوا برای حد ΔP. در عمل باید فاصله باله ها و ناحیه جلویی را تکرار کنید. فروشندگان معمولاً نقشه های عملکرد را برای تسریع این فرآیند ارائه می دهند.

7. برنامه ها و چک لیست انتخاب برای خریداران

بخش‌های کاربردی رایج شامل خنک‌کننده‌های هوافضا و دفع حرارت، برودتی، پردازش گاز، قطارهای خنک‌کننده نفت و گاز، و اکونومایزرهای فشرده HVAC است. از این چک لیست برای انتخاب تامین کننده یا محصول استفاده کنید:

  • کار حرارتی، ΔP مجاز، و حداکثر/حداقل دمای سیال را تأیید کنید.
  • درخواست گواهی مواد و لحیم کاری، و گزارش آزمایش (تست فشار/نشت، منحنی تست عملکرد).
  • برای برنامه‌های کاربردی حیاتی (هوا فضا، برودتی، هسته‌ای مجاور) تأیید اعتبار شخص ثالث را بخواهید.
  • دسترسی تعمیر و نگهداری و گزینه های ماژول یدکی را برای عملکرد طولانی مدت ارزیابی کنید.

8. مقایسه: باله صفحه در مقابل مبدلهای حرارتی پوسته و لوله و صفحه

جدول زیر مبادلات عملی را برای کمک به تصمیم گیری در مورد اینکه چه زمانی مبدل باله صفحه ای انتخاب مناسبی است، خلاصه می کند.

پارامتر مبدل باله صفحه ای پوسته و لوله صفحه واشر
توان ویژه / kW·kg-1 خیلی بالا کم متوسط
حساسیت به رسوب مرتفع (معابر باریک) کم (larger passages) متوسط (cleanable)
قابلیت چند جریانی عالی محدود محدود
هزینه معمولی متوسط–high (depends on material) کمer for simple designs رقابتی

9. آزمون، گواهینامه و معیارهای پذیرش

آزمایش‌های پذیرش را در سفارش خرید مشخص کنید: آزمایش فشار هیدرواستاتیک، آزمایش نشت هلیوم (برای واحدهای خلاء/برودتی)، اعتبارسنجی منحنی عملکرد (وظیفه اندازه‌گیری شده در مقابل پیش‌بینی‌شده)، و بررسی غیرمخرب اتصالات لحیم‌شده در صورت نیاز. برای سیستم های حیاتی ایمنی شامل تست های خستگی و چرخه حرارتی است. به اسناد QA ارائه شده توسط فروشنده مانند گزارش‌های ردیابی مواد و پر کردن لحیم کاری نیاز دارید.

10. مرجع سریع - نکات عملی برای مهندسان

  • اگر وزن و فشردگی محدودیت های اولیه هستند (هواپیما، تجهیزات متحرک)، معمولاً باله صفحه ترجیح داده می شود.
  • برای سیالات کثیف یا مملو از ذرات، پوسته و لوله را ترجیح دهید یا یک پیش فیلتراسیون قوی ارائه دهید.
  • هنگام طراحی برای خدمات با دمای بسیار پایین (برودتی)، طرح‌های باله‌های آلومینیومی لحیم‌شده خلاء استاندارد صنعت هستند - به انقباض و آب‌بندی دیفرانسیل توجه زیادی داشته باشید.
  • همیشه نقشه های عملکرد فروشنده (وظیفه در مقابل ΔP) و گواهی های آزمایشی را قبل از انتخاب نهایی درخواست کنید.