أساسيات المبادلات الحرارية: تبادل أكثر كفاءة
كيف يعمل المبادل الحراري
في أبسط مستوياته, يعمل المبادل الحراري عن طريق السماح بالحرارة من السائل (سائل أو غاز) للانتقال إلى سائل ثانٍ دون أن يتلامس السائلان بشكل مباشر. يتدفق السائلان عبر بعضهما البعض, مفصولة بقسم متين لمنع الخلط.
هذا التقسيم, أو سطح نقل الحرارة, غالبًا ما يتكون من معدن موصل للحرارة بشكل جيد, مثل النحاس أو الألومنيوم. يحدث انتقال الحرارة لأن الحرارة تتدفق بشكل طبيعي من منطقة ذات درجة حرارة أعلى إلى منطقة ذات درجة حرارة منخفضة.
أنواع المبادلات الحرارية
هناك أنواع عديدة من المبادلات الحرارية, ولكن هناك ثلاثة أنواع شائعة:
- المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب: كما يوحي اسمهم, هذه تتكون من سلسلة من الأنابيب. تحتوي مجموعة واحدة من هذه الأنابيب على السائل الذي يجب تسخينه أو تبريده. ويمر السائل الثاني فوق الأنابيب التي يتم تسخينها أو تبريدها, مما يسبب تبادل الحرارة بين السائلين.
- المبادلات الحرارية للوحة: وتتكون هذه من متعددة, رفيع, صفائح مفصولة قليلاً ولها مساحات سطحية كبيرة جدًا وممرات تدفق السوائل لنقل الحرارة. يمكن أن يكون ترتيب الألواح المكدسة هذا أكثر فعالية, في مساحة معينة, من المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب.
- المبادلات الحرارية المبردة بالهواء: يُعرف أيضًا باسم المبادل الحراري ذو الملف الزعانف, يستخدم هذا النوع الهواء لتبريد السائل الذي يتدفق داخل الملف, أو العكس. غالبًا ما يوجد هذا في وحدات تكييف الهواء.
الكفاءة في المبادلات الحرارية
يتم تحديد كفاءة المبادل الحراري من خلال عدة عوامل:
- منطقة نقل الحرارة: كلما كانت مساحة نقل الحرارة أكبر, كلما كان المبادل الحراري أكثر كفاءة. هذا هو السبب في لوحة المبادلات الحرارية, مع مساحة سطحها الكبيرة, يمكن أن تكون أكثر كفاءة من الأنواع الأخرى.
- الفرق في درجة الحرارة: كلما زاد الفرق في درجة الحرارة بين السائلين, كلما كان نقل الحرارة أكثر كفاءة.
- معامل انتقال الحرارة: هذا يقيس التوصيل الحراري لمواد المبادل الحراري. كلما ارتفع المعامل, كلما كان المبادل الحراري أكثر كفاءة.
- تكوين التدفق: يمكن أن تؤثر الطريقة التي تتدفق بها السوائل عبر المبادل الحراري أيضًا على الكفاءة. على سبيل المثال, المبادلات الحرارية ذات التدفق المعاكس (حيث يتدفق السائلان في اتجاهين متعاكسين) عادة ما تكون أكثر كفاءة من تصاميم التدفق المتوازي.
ختاماً, تعتبر المبادلات الحرارية مكونات أساسية في مجموعة واسعة من التطبيقات. إن فهم مبادئها الأساسية والعوامل التي تؤثر على كفاءتها يمكن أن يساعد في تحسين استخدامها وتحسين إدارة الطاقة.
الأنابيب الفولاذية شائعة الاستخدام للمبادلات الحرارية: درجات, أداء, حدود, ونطاق الضغط
تعتبر المبادلات الحرارية ضرورية في العديد من الصناعات, واختيار المواد للأنابيب المستخدمة أمر حيوي لكفاءتها ومتانتها. فُولاَذ, معروف بخصائصه الممتازة في نقل الحرارة وقوته الميكانيكية, غالبًا ما تكون المادة المفضلة. فيما يلي بعض درجات الفولاذ شائعة الاستخدام للمبادلات الحرارية, جنبا إلى جنب مع أدائهم, حدود, ونطاق الضغط:
1. أنابيب الصلب الكربوني
درجة: أستم A179
أستم A179 هي درجة تستخدم بشكل متكرر من الفولاذ الكربوني في المبادلات الحرارية. معروف بخصائصه الرائعة في نقل الحرارة ومقاومته للأكسدة والتآكل عند درجات الحرارة المرتفعة.
أداء
- خصائص جيدة لنقل الحرارة
- مقاومة عالية للأكسدة والتآكل عند درجات الحرارة المرتفعة
- بأسعار معقولة ومتاحة بسهولة
حدود
- نطاق درجة حرارة: -20 ل 1200 درجة فهرنهايت
- نطاق الضغط: يصل إلى 20 MPa
2. أنابيب الصلب منخفضة السبائك
درجة: أستم A213 T11, T22
أستم A213 T11 وT22 عبارة عن درجات من الفولاذ منخفض السبائك غالبًا ما تستخدم في المبادلات الحرارية لأنها توفر مقاومة متزايدة لدرجات الحرارة والضغوط المرتفعة مقارنة بالفولاذ الكربوني..
أداء
- مقاومة ممتازة للأكسدة في درجات الحرارة العالية
- مقاومة جيدة للزحف
- تعزيز القوة في درجات حرارة عالية
حدود
- نطاق درجة حرارة: يصل إلى 1200 درجة فهرنهايت
- نطاق الضغط: يصل إلى 20 MPa
3. أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ
درجات: أستم A213 TP304, TP316
تُستخدم درجات الفولاذ المقاوم للصدأ TP304 وTP316 على نطاق واسع في المبادلات الحرارية نظرًا لمقاومتها الفائقة للتآكل., وخاصة في البيئات الحمضية, وخصائص نقل الحرارة الجيدة.
أداء
- مقاومة ممتازة للتآكل
- خصائص جيدة لنقل الحرارة
- مناسبة لمجموعة واسعة من التطبيقات
حدود
- نطاق درجة حرارة: -320 ل 1650 درجة فهرنهايت (TP304), -325 ل 1700 درجة فهرنهايت (TP316)
- نطاق الضغط: يصل إلى 20 MPa
هذه مجرد أمثلة قليلة لدرجات الفولاذ شائعة الاستخدام للمبادلات الحرارية. يعتمد اختيار الدرجة على المتطلبات المحددة للتطبيق, بما في ذلك درجة حرارة التشغيل والضغط, الظروف المسببة للتآكل, والعمر المطلوب. للحصول على خصائص ومعلمات مفصلة, قم دائمًا بالرجوع إلى معايير ASTM ذات الصلة أو مواصفات الشركة المصنعة.
