การออกแบบแผ่นกั้นส่งผลต่อประสิทธิภาพของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและท่อ PED อย่างไร

เฮ้! ในฐานะซัพพลายเออร์เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและท่อ PED ฉันได้เห็นโดยตรงแล้วว่าการออกแบบแผ่นกั้นมีความสำคัญต่อประสิทธิภาพของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเหล่านี้อย่างไร ในบล็อกนี้ ฉันจะแจกแจงว่าการออกแบบแผ่นกั้นที่แตกต่างกันสามารถส่งผลต่อประสิทธิภาพของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและท่อ PED ได้อย่างไร

ก่อนอื่นเรามาพูดถึงว่า baffles คืออะไร แผ่นกั้นเป็นส่วนประกอบภายในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและแบบท่อที่ควบคุมการไหลของของเหลวด้านข้างเปลือก มีบทบาทสำคัญในการเพิ่มประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนและประสิทธิภาพโดยรวมของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน

ประเภทของการออกแบบแผ่นกั้น

การออกแบบแผ่นกั้นมีหลายประเภทที่ใช้กันทั่วไปในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและท่อของ PED และแต่ละประเภทก็มีลักษณะเฉพาะและผลกระทบต่อประสิทธิภาพที่แตกต่างกันไป

แผ่นกั้นแบ่งส่วน

แผ่นกั้นส่วนเป็นประเภทที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย เป็นแผ่นกลมที่มีส่วนตัดออก ของไหลด้านเปลือกจะไหลผ่านส่วนที่ตัดออก ทำให้เกิดรูปแบบการไหลข้ามท่อ การไหลข้ามนี้เพิ่มความปั่นป่วนของของไหล ซึ่งจะทำให้ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนเพิ่มขึ้น

เมื่อระยะห่างของแผ่นกั้นน้อย ของไหลจะต้องเปลี่ยนทิศทางบ่อยขึ้น ส่งผลให้เกิดความปั่นป่วนมากขึ้น อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ยังนำไปสู่แรงดันตกคร่อมด้านเปลือกที่สูงขึ้นด้วย ในทางกลับกัน ระยะห่างของแผ่นกั้นที่ใหญ่ขึ้นจะช่วยลดแรงดันตกคร่อมแต่อาจลดประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนด้วย ดังนั้นการหาระยะห่างของแผ่นกั้นที่เหมาะสมจึงเป็นสิ่งสำคัญ ตัวอย่างเช่น ในการใช้งานที่แรงดันตกคร่อมเป็นปัญหาสำคัญ เช่น ในเครื่องทำความเย็นน้ำมันไฮดรอลิกอาจต้องการระยะห่างของแผ่นกั้นที่ค่อนข้างใหญ่กว่า

แผ่นกั้นดิสก์และโดนัท

แผ่นกั้นดิสก์และโดนัทประกอบด้วยแผ่นสลับรูปดิสก์และรูปโดนัท ของเหลวจะไหลในรูปแบบซิกแซกผ่านช่องว่างระหว่างดิสก์และโดนัท การออกแบบนี้ให้การกระจายการไหลที่สม่ำเสมอมากกว่าเมื่อเทียบกับแผ่นกั้นแบบแบ่งส่วน ซึ่งสามารถช่วยลดความเสี่ยงของการกระจายการไหลและจุดร้อนได้

ข้อดีของแผ่นกั้นดิสก์และโดนัทคือสามารถสร้างสมดุลที่ดีระหว่างการถ่ายเทความร้อนและแรงดันตกคร่อม มักใช้ในการใช้งานที่ต้องการอัตราการถ่ายเทความร้อนสูงโดยไม่มีแรงดันตกมากเกินไป เช่น ในบางงานเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อการใช้งาน

แผ่นกั้นปาก

แผ่นกั้นปากมีรูเจาะอยู่ ของเหลวด้านเปลือกจะไหลผ่านรูเหล่านี้ ทำให้เกิดกระแสคล้ายไอพ่นที่กระทบกับท่อ การปะทะนี้จะเพิ่มค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนอย่างมีนัยสำคัญ

อย่างไรก็ตาม แผ่นกั้นออริฟิซอาจทำให้แรงดันตกค่อนข้างสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากขนาดออริฟิซมีขนาดเล็ก โดยทั่วไปจะใช้ในการใช้งานที่อัตราการถ่ายเทความร้อนสูงมีความสำคัญมากกว่าแรงดันตกคร่อม เช่น ฟลักซ์ความร้อนสูงบางชนิดเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบมัดท่อสำหรับของเหลวและก๊าซการใช้งาน

ผลกระทบต่อการถ่ายเทความร้อน

การออกแบบแผ่นกั้นมีผลกระทบโดยตรงต่อประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและท่อ PED ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น วิธีหลักที่แผ่นกั้นช่วยเพิ่มการถ่ายเทความร้อนคือการเพิ่มความปั่นป่วนของของเหลวที่เปลือกด้านข้าง

เมื่อของไหลปั่นป่วนมากขึ้น ความหนาของชั้นขอบเขตบนพื้นผิวท่อจะลดลง ชั้นขอบเขตที่บางกว่าหมายความว่าความร้อนจะต้องเดินทางผ่านของเหลวเป็นระยะทางที่สั้นกว่าเพื่อไปถึงผนังท่อ ซึ่งจะเพิ่มอัตราการถ่ายเทความร้อน ตัวอย่างเช่น เมื่อใช้แผ่นกั้นแบบแบ่งส่วน รูปแบบการไหลข้ามจะขัดขวางการไหลแบบราบเรียบของของไหล ทำให้เกิดกระแสวนและกระแสน้ำวนที่ผสมของไหลและปรับปรุงการถ่ายเทความร้อน

นอกจากนี้ การออกแบบแผ่นกั้นยังส่งผลต่อการกระจายการไหลอีกด้วย ระบบแผ่นกั้นที่ออกแบบมาอย่างดีช่วยให้มั่นใจได้ว่าของเหลวด้านเปลือกจะไหลอย่างสม่ำเสมอทั่วทั้งท่อ หากการไหลมีการกระจายไม่ถูกต้อง ท่อบางท่ออาจได้รับของเหลวมากกว่าท่ออื่นๆ ซึ่งนำไปสู่การถ่ายเทความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอ และอาจลดประสิทธิภาพโดยรวมของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน แผ่นกั้นดิสก์และโดนัทช่วยให้การกระจายการไหลสม่ำเสมอ ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนได้สูงสุด

ผลกระทบต่อแรงดันตก

แรงดันตกคร่อมเป็นอีกปัจจัยสำคัญที่ต้องพิจารณาเมื่อประเมินประสิทธิภาพของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและท่อ PED การออกแบบแผ่นกั้นมีอิทธิพลอย่างมากต่อแรงดันตกคร่อมด้านข้างของเปลือก

เมื่อของไหลไหลผ่านแผ่นกั้น จะต้องเปลี่ยนทิศทางและไหลผ่านช่องแคบๆ ซึ่งทำให้เกิดแรงต้านและทำให้แรงดันตกคร่อม ตัวอย่างเช่น แผ่นกั้นแบ่งส่วนอาจทำให้แรงดันตกค่อนข้างสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อระยะห่างของแผ่นกั้นมีขนาดเล็ก เนื่องจากของไหลจะต้องหมุนหักศอกที่แผ่นกั้นแต่ละอัน ซึ่งจะเพิ่มการสูญเสียจากแรงเสียดทาน

ในทางกลับกัน แผ่นกั้นออริฟิซยังทำให้เกิดความดันลดลงสูงเนื่องจากกระแสคล้ายไอพ่นที่เกิดจากออริฟิซ ยิ่งขนาดออริฟิสเล็กลง แรงดันตกคร่อมก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ในทางตรงกันข้าม แผ่นกั้นดิสก์และโดนัทโดยทั่วไปจะส่งผลให้แรงดันลดลงต่ำกว่าเมื่อเทียบกับแผ่นกั้นส่วนและปาก เนื่องจากเส้นทางการไหลจะค่อยเป็นค่อยไปและมีข้อจำกัดน้อยกว่า

ข้อควรพิจารณาในการเลือกการออกแบบ

เมื่อเลือกการออกแบบแผ่นกั้นสำหรับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและท่อ PED จำเป็นต้องพิจารณาปัจจัยหลายประการ

ข้อกำหนดการถ่ายเทความร้อน

หากการใช้งานต้องการอัตราการถ่ายเทความร้อนสูง การออกแบบ เช่น แผ่นกั้นปากหรือแผ่นกั้นส่วนที่มีระยะห่างน้อยอาจเหมาะสมกว่า การออกแบบเหล่านี้สามารถเพิ่มความปั่นป่วนของของไหลและเพิ่มค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน อย่างไรก็ตาม หากข้อกำหนดการถ่ายเทความร้อนไม่สูงมาก และต้องการแรงดันตกคร่อมที่ต่ำกว่า แผ่นกั้นดิสก์และโดนัทอาจเป็นทางเลือกที่ดีกว่า

ข้อจำกัดแรงดันตก

ในการใช้งานที่แรงดันตกคร่อมเป็นปัจจัยสำคัญ เช่น ในระบบที่มีกำลังสูบจำกัด ควรเลือกการออกแบบแผ่นกั้นที่ช่วยลดแรงดันตกคร่อมให้เหลือน้อยที่สุด ตัวอย่างเช่น ในระบบไฮดรอลิก ซึ่งปั๊มมีความจุจำกัด ควรใช้ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนที่มีการออกแบบแผ่นกั้นแบบหยดแรงดันต่ำ เช่น แผ่นกั้นโดนัทและแผ่นกั้นโดนัท

คุณสมบัติของของไหล

คุณสมบัติของของเหลวด้านเปลือก เช่น ความหนืด ความหนาแน่น และการนำความร้อน ก็มีบทบาทในการเลือกการออกแบบแผ่นกั้นเช่นกัน สำหรับของเหลวที่มีความหนืดสูง การออกแบบแผ่นกั้นที่ช่วยให้การไหลเชี่ยวมากขึ้น เช่น แผ่นกั้นแบ่งส่วน อาจจำเป็นเพื่อให้สามารถถ่ายเทความร้อนได้ดี ในทางตรงกันข้าม สำหรับของเหลวที่มีความหนืดต่ำ การออกแบบที่มีแรงดันตกคร่อมต่ำกว่าอาจเพียงพอแล้ว

บทสรุป

โดยสรุป การออกแบบแผ่นกั้นมีผลกระทบอย่างมากต่อประสิทธิภาพของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและท่อ PED ส่งผลต่อทั้งประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนและแรงดันตกคร่อมด้านเปลือก ในฐานะซัพพลายเออร์ เราเข้าใจถึงความสำคัญของการเลือกการออกแบบแผ่นกั้นที่เหมาะสมสำหรับแต่ละการใช้งาน

ไม่ว่าคุณกำลังมองหาเครื่องทำความเย็นน้ำมันไฮดรอลิก, กเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อหรือเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบมัดท่อสำหรับของเหลวและก๊าซเราสามารถช่วยคุณเลือกการออกแบบแผ่นกั้นที่เหมาะสมที่สุดเพื่อตอบสนองความต้องการเฉพาะของคุณได้

หากคุณสนใจที่จะเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและท่อ PED ของเรา หรือต้องการความช่วยเหลือในการเลือกการออกแบบแผ่นกั้น อย่าลังเลที่จะติดต่อเรา เราพร้อมช่วยคุณเพิ่มประสิทธิภาพของระบบแลกเปลี่ยนความร้อน และรับรองว่าคุณจะได้รับผลลัพธ์ที่ดีที่สุดสำหรับการใช้งานของคุณ

อ้างอิง

• Incropera, FP, และ DeWitt, DP (2002) พื้นฐานของความร้อนและการถ่ายเทมวล ไวลีย์.
• ชาห์ อาร์เค และเซคูลิค DP (2003) พื้นฐานของการออกแบบเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ไวลีย์.