چگالی پره‌ها چه تاثیری بر افت فشار در رادیاتور دارد؟

در عملکرد کارآمد مبدل های حرارتی پره و لوله، درک عواملی که افت فشار را تحت تاثیر قرار می دهند بسیار مهم است. یکی از مهمترین متغیرها چگالی پره است که تاثیر عمیقی بر عملکرد و کارایی مبدل حرارتی دارد. به عنوان یک تامین کننده با کیفیت مبدل های حرارتی پره و لوله، من به طور مستقیم شاهد تاثیر چگالی پره بر افت فشار کلی مبدل حرارتی بوده ام و خوشحالم که بینش خود را با شما به اشتراک می گذارم.

تراکم باله چیست؟

تراکم باله به تعداد باله ها در واحد طول روی یک لوله پره دار اشاره دارد که معمولاً بر حسب باله در هر اینچ (FPI) یا باله در سانتی متر (FPC) اندازه گیری می شود. تراکم باله بیشتر به این معنی است که باله های بیشتری در طول معینی مرتب می شوند و در نتیجه سطح در دسترس برای انتقال حرارت افزایش می یابد. با این حال، این همچنین مقاومت جریان را با عبور هوا یا سیال از مبدل حرارتی افزایش می دهد و در نتیجه افت فشار بالاتری ایجاد می کند.

چگالی باله چگونه بر افت فشار تأثیر می گذارد؟

رابطه بین چگالی پره و افت فشار پیچیده است و به عوامل متعددی از جمله نوع سیال (هوا یا مایع)، سرعت جریان و هندسه پره بستگی دارد. به طور کلی، با افزایش چگالی پره، افت فشار کلی مبدل حرارتی نیز افزایش می یابد. این به این دلیل است که باله های اضافی اصطکاک و تلاطم بیشتری ایجاد می کنند و مانع از جریان سیال می شوند.

این نتیجه توسط مطالعات تجربی کلاسیک پشتیبانی می شود. توراگا (1989) یک ارزیابی آزمایشی سیستماتیک از مبدل های حرارتی انبساط مستقیم باله و لوله چند ردیفه انجام داد، در مجموع 10 نمونه را با تراکم باله ها از 3.1 تا 5.5 باله بر سانتی متر، تعداد ردیف لوله از 3 تا 8، و در سمت هوا، هر دو، 310 ما <0 رینولدز خشک، و 310 ما <0 رینولدز خشک و 310<0t <0 رینولدز را آزمایش کرد. (رطوبت زدایی) شرایط سطحی. این مطالعه نشان داد که در یک عدد رینولدز معین، هم میانگین ضریب انتقال حرارت سمت هوا و هم ضریب افت فشار با افزایش چگالی پره تغییر می‌کنند، که تأیید می‌کند که چگالی باله یک پارامتر هندسی کلیدی است که بر مقاومت جریان تأثیر می‌گذارد.

اجازه دهید این پدیده را در سناریوهای مختلف بررسی کنیم:

جریان هوا از طریق مبدل حرارتی Fin-and-Tube

در مبدل های حرارتی خنک شده با هوا، هوا توسط یک فن از طریق پره ها عبور می کند. با عبور هوا از روی باله ها، گرما از سیال داغ داخل لوله ها به هوا منتقل می شود. هنگامی که چگالی پره کم است، هوا می تواند آزادانه تر از طریق مبدل حرارتی جریان یابد و در نتیجه افت فشار کمتری ایجاد می شود. با این حال، به دلیل اینکه سطح موجود برای انتقال حرارت نسبتاً کوچک است، راندمان انتقال حرارت ممکن است محدود باشد.

از طرف دیگر، چگالی باله بالا سطح انتقال حرارت را افزایش می دهد و ظرفیت اتلاف حرارت مبدل حرارتی را افزایش می دهد. اما این به قیمت افزایش مقاومت هوا است. گذرگاه‌های باریک بین باله‌ها مسیر پرپیچ‌وخم‌تری را برای هوا ایجاد می‌کند و سرعت آن را کاهش می‌دهد و افت فشار را افزایش می‌دهد. اگر افت فشار خیلی زیاد شود، فن ممکن است نتواند جریان هوای مورد نیاز را حفظ کند و منجر به کاهش عملکرد خنک کننده شود.

شایان ذکر است که اثرات چگالی پره بر انتقال حرارت و افت فشار همیشه هماهنگ نیستند. وانگ و همکاران (1996) 15 نمونه مبدل حرارتی پره و لوله صفحه را در یک تونل باد باز جریان القایی با اعداد رینولدز (بر اساس قطر یقه لوله) از 300 تا 7500 و پارامترهای هندسی شامل شماره ردیف لوله، فاصله باله و ضخامت باله آزمایش کردند. این مطالعه به یک نتیجه مهم رسید: فاصله پره ها بر ضریب انتقال حرارت تأثیر نمی گذارد، تأثیر شماره ردیف لوله بر ضریب اصطکاک نیز می تواند نادیده گرفته شود، و ضخامت پره نیز بر انتقال حرارت یا ویژگی های اصطکاک تأثیر نمی گذارد. این بدان معناست که ایده صرفاً افزایش چگالی پره برای بهبود راندمان انتقال حرارت دارای محدودیت‌هایی است، در حالی که افت فشار واقعاً با افزایش چگالی باله افزایش می‌یابد. این یافته به ما یادآوری می کند که مقدار چگالی باله باید به دقت در طراحی مبدل حرارتی سنجیده شود.

جریان مایع از طریق مبدل حرارتی Fin-and-Tube

برای مبدل های حرارتی خنک شونده با مایع، اصل مشابه است اما با برخی تفاوت ها. مایعی که در داخل لوله‌ها در گردش است، گرما را از منبع گرما دور می‌کند و از طریق پره‌ها به محیط اطراف می‌رساند. چگالی باله بالاتر به این معنی است که مایع باله های بیشتری برای تماس دارد که می تواند کارایی انتقال حرارت را بهبود بخشد. با این حال، این همچنین مقاومت اصطکاکی در برابر جریان مایع را افزایش می دهد و باعث افزایش افت فشار کلی مبدل حرارتی می شود.

اگر افت فشار خیلی زیاد باشد، ممکن است برای حفظ دبی مورد نظر به یک پمپ قدرتمندتر نیاز باشد. این نه تنها مصرف انرژی را افزایش می دهد، بلکه ممکن است باعث سایش بیشتر پمپ و سایر اجزای سیستم شود.

زوال افت فشار در شرایط رسوب

در عملیات واقعی، مبدل های حرارتی پره و لوله اغلب با مشکلات رسوب مواجه می شوند و چگالی پره بالا می تواند تاثیر منفی رسوب گیری بر افت فشار را به میزان قابل توجهی تقویت کند. تانگ و همکاران (2017) یک نیمکت آزمایشی رسوب‌گذاری تجسمی برای مبدل‌های حرارتی ساخت، و سه نوع باله را آزمایش کرد: ساده، موج‌دار، و باله‌دار، با فاصله‌های باله‌ها از 1.3 تا 1.8 میلی‌متر. با پیروی از استاندارد GB13270-91، گرد و غبار مخلوطی از 72٪ خاک رس سفید + 28٪ کربن سیاه (تراکم گرد و غبار 2.2 × 10³ کیلوگرم بر متر مکعب، قطر متوسط ​​10 میکرومتر) استفاده شد. تحت شرایط غلظت تزریق گرد و غبار 10.8 گرم بر متر مکعب، سرعت هوا 1.5 متر بر ثانیه، و مدت زمان تزریق کل گرد و غبار 255 دقیقه، از یک سنسور فشار تفاضلی (OMEGA PX655-01DI) با دامنه 0-50 Pa و دقت 0.3 ± ± 0.3 ± افت فشار در سمت 0-0 استفاده شد.

آزمایش ها داده های کمی کلیدی زیر را به دست آوردند:

این مجموعه داده به وضوح یک مسئله نادیده گرفته شده را نشان می دهد: در حالی که تراکم باله بالا ممکن است در مرحله اولیه دستاوردهای انتقال حرارت را به همراه داشته باشد، زوال افت فشار آن پس از رسوب بسیار بیشتر از محلول های با چگالی کم باله است. برای کاربردهای صنعتی با عملیات طولانی مدت و چرخه های نگهداری طولانی، این عامل باید به طور کامل در هنگام انتخاب در نظر گرفته شود. علاوه بر این، با افزایش رسوب گرد و غبار، افت فشار سمت هوا روندی را نشان می دهد که ابتدا افزایش و سپس تثبیت می شود.

محدودیت های کاربردی همبستگی های افت فشار

در طراحی مهندسی، همبستگی های افت فشار ابزار مهمی برای محاسبات انتخاب هستند. با این حال، Otović و همکاران. (2018) اشاره کرد که همبستگی های موجود در ادبیات فقط در محدوده آزمون خود نویسندگان اصلی قابل استفاده است و قابلیت اطمینان برون یابی آنها محدود است. این مطالعه با استفاده از ضریب اصطکاک Weisbach (دارسی) افت فشار هوا را از طریق یک مبدل حرارتی به افت فشار در یک محیط متخلخل مقایسه کرد:

Δp_HE = ξ (L/d_h) (ρ w_ε²/2)

جایی که طول مبدل حرارتی L = N_l · s_l (تعداد ردیف‌های لوله × فاصله لوله‌های طولی). پری و گرین (1997) نیز به صراحت خاطرنشان کردند: "افت فشار به ویژه به پارامترهای هندسی حساس است و همبستگی های موجود را تنها می توان با احتیاط و محافظه کاری شدید به هندسه های متفاوت از هندسه زمینه ای همبستگی تعمیم داد." این بدان معنی است که چگالی باله، به عنوان یک پارامتر هندسی کلیدی، به طور قابل توجهی بر کاربرد همبستگی های افت فشار تأثیر می گذارد و انتخاب مهندسی باید به داده های تجربی که پارامترهای هندسی آنها نزدیک به پارامترهای هدف است، اولویت دهد.

تاثیر بر عملکرد مبدل حرارتی

افت فشار کلی یک مبدل حرارتی یک پارامتر کلیدی است که می تواند به طور قابل توجهی بر عملکرد کلی آن تأثیر بگذارد. افت فشار بالا می تواند منجر به مشکلات زیر شود:

• کاهش نرخ جریان:همانطور که قبلا ذکر شد، افت فشار زیاد مانع عبور هوا یا سیال از مبدل حرارتی می شود و در نتیجه سرعت جریان کاهش می یابد و در نتیجه حرارت کمتری قابل انتقال است.
• افزایش مصرف انرژی:انرژی بیشتری برای به حرکت درآوردن فن یا پمپ برای غلبه بر افت فشار بالا مورد نیاز است. این باعث افزایش هزینه عملیات مبدل حرارتی و کل سیستم می شود.
• نویز و لرزش: افت فشار بیش از حد می تواند باعث ایجاد صدا و لرزش در سیستم شود. این نه تنها ناراحت کننده است، بلکه ممکن است به مرور زمان منجر به آسیب دیدن قطعات شود.
•  

یافتن تراکم بهینه باله

به عنوان یک تامین کننده مبدل حرارتی پره و لوله، هدف ما ارائه مبدل های حرارتی است که بهترین تعادل را بین راندمان انتقال حرارت و افت فشار ایجاد می کند. این امر مستلزم بررسی دقیق کاربرد و شرایط عملیاتی خاص است.

برای کاربردهایی که به سرعت انتقال حرارت بالا نیاز دارند، جایی که می توان افت فشار معینی را تحمل کرد، مانند سیستم های خنک کننده صنعتی، تراکم باله بالاتر ممکن است مناسب تر باشد. با این حال، در کاربردهایی که بهره وری انرژی و نویز کم حیاتی است، مانند سیستم های HVAC مسکونی یا تجاری، تراکم باله کمتر ممکن است مناسب تر باشد. در همان زمان، همانطور که در مطالعه وانگ و همکاران نشان داده شده است. (1996)، تأثیر فاصله باله ها بر ضریب انتقال حرارت ممکن است قابل توجه نباشد. بنابراین، در شرایط عملیاتی خاص، کاهش مناسب تراکم باله در ازای افت فشار کمتر و حساسیت کمتر رسوب ممکن است انتخاب مهندسی بهتری باشد.

ما مبدل های حرارتی پره و لوله را با تراکم باله های مختلف برای پاسخگویی به نیازهای متنوع مشتریان خود ارائه می دهیم. مبدل های حرارتی آب گرم ما برای انتقال حرارت کارآمد در سیستم های گرمایش آب گرم طراحی شده اند، در حالی که مبدل های حرارتی بخار ما برای کاربردهایی که شامل بخار یا بخار است مناسب هستند. ما همچنین مبدل های حرارتی بخار را برای تبادل حرارت کارآمد بین بخار و سایر سیالات ارائه می دهیم. خشک کن هوای گرم برای کاربردهای خشک کردن؛ و مبدل های حرارتی روغن حرارتی برای سیستم های گرمایش نفت حرارتی.

نتیجه گیری

درک رابطه بین چگالی پره و افت فشار برای انتخاب مبدل حرارتی مناسب باله و لوله برای کاربرد شما ضروری است. ادبیات کلاسیک نشان می دهد که افزایش چگالی باله همیشه به بهبود همزمان در ضریب انتقال حرارت منجر نمی شود، اما افزایش افت فشار، به ویژه در شرایط رسوب، قطعی است. ما به عنوان یک تامین کننده قابل اعتماد، تخصص و تجربه گسترده ای داریم تا به شما در تصمیم گیری آگاهانه کمک کنیم. چه برای کاربردهای مسکونی در مقیاس کوچک به مبدل حرارتی نیاز داشته باشید و چه برای پروژه های صنعتی در مقیاس بزرگ، ما می توانیم راه حلی ارائه دهیم که نیازهای خاص شما را برآورده کند.

اگر علاقه مند به کسب اطلاعات بیشتر در مورد مبدل های حرارتی پره و لوله ما هستید، یا اگر در مورد چگالی پره و افت فشار سؤالی دارید، لطفاً برای مشاوره دقیق با ما تماس بگیرید. تیم متخصص ما آماده است تا به شما در یافتن مناسب ترین راه حل مبدل حرارتی برای نیازهای شما کمک کند.

مراجع

توراگا، م. (1989). ارزیابی عملکرد آزمایشی کویل‌های چند ردیفه، لوله پره‌دار صفحه، خنک‌کننده هوای انبساط مستقیم و کویل‌های رطوبت‌گیر. پایان نامه دکتری، دانشگاه کنکوردیا.

Wang، CC، Chang، YJ، Hsieh، YC، & Lin، YT (1996). ویژگی‌های حرارتی و اصطکاک محسوس مبدل‌های حرارتی باله‌ای و لوله‌ای صفحه‌ای با باله‌های سطحی. مجله بین المللی تبرید، 19 (4)، 223-230.

Otović، M.، و همکاران. (2018). افت فشار سمت هوا در مبدل های حرارتی لوله پره دار. مجله بین المللی تبرید.

Tang, J., Zhan, F., Hu, H., Ding, G., & Zhuang, D. (2017). مطالعه تجربی تاثیر ساختار پره بر رسوب گیری و افت فشار مبدل های حرارتی پره و لوله. مجله تبرید، 38 (1)، 1-7. DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2017.01.001

کیو، ی. (2019). تجزیه و تحلیل عملکرد انتقال حرارت مبدل های حرارتی پره و لوله لوور شده تبرید و تهویه مطبوع، 19 (2)، 34-38.