กลไกการถ่ายเทความร้อนในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนของระบบระบายความร้อนน้ำมันคืออะไร?

การถ่ายเทความร้อนเป็นกระบวนการพื้นฐานในการใช้งานทางอุตสาหกรรมหลายประเภท และเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบออยล์คูลเลอร์มีบทบาทสำคัญในการรักษาอุณหภูมิการทำงานที่เหมาะสมที่สุดสำหรับระบบต่างๆ ในฐานะซัพพลายเออร์ชั้นนำของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนออยคูลเลอร์เราเข้าใจถึงความสำคัญของกลไกการถ่ายเทความร้อนที่มีประสิทธิภาพในอุปกรณ์เหล่านี้ ในบล็อกโพสต์นี้ เราจะสำรวจกลไกการถ่ายเทความร้อนต่างๆ ที่ทำงานในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบออยล์คูลเลอร์ และวิธีที่กลไกเหล่านี้ส่งผลต่อประสิทธิภาพโดยรวม

การนำ

การนำความร้อนคือการถ่ายเทความร้อนผ่านวัสดุแข็งโดยไม่มีการเคลื่อนที่ของวัสดุ ในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนออยล์คูลเลอร์ การนำความร้อนจะเกิดขึ้นผ่านผนังท่อและเปลือกเป็นหลัก เมื่อน้ำมันร้อนไหลผ่านท่อ ความร้อนจะถูกถ่ายเทจากน้ำมันไปยังผนังท่อโดยการนำความร้อน ผนังท่อซึ่งโดยทั่วไปจะทำจากวัสดุที่มีความนำไฟฟ้าสูง เช่น ทองแดงหรือสแตนเลส จากนั้นจึงถ่ายเทความร้อนไปยังตัวกลางทำความเย็น (โดยปกติจะเป็นน้ำหรืออากาศ) ที่ด้านนอกของท่อ

อัตราการถ่ายเทความร้อนการนำความร้อนอยู่ภายใต้กฎของฟูริเยร์ ซึ่งระบุว่าฟลักซ์ความร้อน (อัตราการถ่ายเทความร้อนต่อหน่วยพื้นที่) เป็นสัดส่วนกับการไล่ระดับอุณหภูมิทั่วทั้งวัสดุและค่าการนำความร้อนของวัสดุ ในทางคณิตศาสตร์สามารถแสดงได้เป็น:

$q = -k\frac{dT}{dx}$

โดยที่ $q$ คือฟลักซ์ความร้อน $k$ คือค่าการนำความร้อนของวัสดุ $\frac{dT}{dx}$ คือความชันของอุณหภูมิ และเครื่องหมายลบบ่งชี้ว่าความร้อนไหลจากอุณหภูมิสูงไปต่ำ

ในบริบทของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนออยคูลเลอร์ การนำความร้อนสูงของวัสดุท่อเป็นที่ต้องการเพื่อเพิ่มอัตราการถ่ายเทความร้อนให้สูงสุด นอกจากนี้ การลดความหนาของผนังท่อยังช่วยเพิ่มการถ่ายเทความร้อนในการนำโดยการลดความต้านทานความร้อน

การพาความร้อน

การพาความร้อนคือการถ่ายเทความร้อนโดยการเคลื่อนที่ของของไหล (ของเหลวหรือก๊าซ) ในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนออยคูลเลอร์ การพาความร้อนเกิดขึ้นทั้งภายในท่อ (การพาน้ำมันแบบบังคับ) และภายนอกท่อ (การพาความร้อนแบบบังคับหรือการพาความร้อนตามธรรมชาติของตัวกลางทำความเย็น)

การบังคับพาความร้อนภายในท่อ

ขณะที่น้ำมันร้อนถูกสูบผ่านท่อของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน น้ำมันจะสัมผัสกับผนังท่อ การเคลื่อนที่ของของไหลใกล้กับผนังท่อทำให้เกิดชั้นขอบเขตบางๆ ซึ่งความเร็วของของไหลต่ำ ความร้อนจะถูกถ่ายเทจากน้ำมันไปยังผนังท่อโดยการนำความร้อนภายในชั้นขอบเขตนี้ อย่างไรก็ตาม การถ่ายเทความร้อนส่วนใหญ่เกิดจากการหมุนเวียนของน้ำมัน ซึ่งนำของไหลที่ร้อนและสดใหม่มาสัมผัสกับผนังท่ออย่างต่อเนื่อง

อัตราการถ่ายเทความร้อนแบบบังคับสามารถประมาณได้โดยใช้สมการต่อไปนี้:

$q = ฮา\เดลต้า T$

โดยที่ $q$ คืออัตราการถ่ายเทความร้อน $h$ คือค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อน $A$ คือพื้นที่ผิวของผนังท่อ และ $\Delta T$ คือความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างน้ำมันกับผนังท่อ

ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อน $h$ ขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย รวมถึงคุณสมบัติของของไหล (ความหนาแน่น ความหนืด การนำความร้อน และความร้อนจำเพาะ) ความเร็วการไหล และรูปทรงของท่อ โดยทั่วไปความเร็วการไหลที่สูงขึ้นจะส่งผลให้ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนของการพาความร้อนสูงขึ้น เนื่องจากจะเพิ่มการผสมของของไหลและลดความหนาของชั้นขอบเขต

การพาความร้อนภายนอกท่อ

ที่ด้านนอกของท่อ ตัวกลางทำความเย็น (น้ำหรืออากาศ) จะขจัดความร้อนที่ถ่ายเทจากน้ำมันผ่านผนังท่อ ถ้าตัวกลางทำความเย็นถูกบังคับให้ไหลผ่านท่อ (เช่น โดยปั๊มหรือพัดลม) จะเรียกว่าการพาความร้อนแบบบังคับ หากตัวกลางทำความเย็นเคลื่อนที่เนื่องจากแรงลอยตัวตามธรรมชาติ (เช่น อากาศร้อนที่เพิ่มขึ้น) จะเรียกว่าการพาความร้อนตามธรรมชาติ

สำหรับการพาความร้อนแบบบังคับนอกท่อ จะใช้สมการเดียวกันกับอัตราการถ่ายเทความร้อนเช่นเดียวกับการพาความร้อนแบบบังคับภายในท่อ อย่างไรก็ตาม ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อน $h$ จะแตกต่างกัน เนื่องจากขึ้นอยู่กับคุณสมบัติและลักษณะการไหลของตัวกลางทำความเย็น

ในกรณีของการพาความร้อนตามธรรมชาติ อัตราการถ่ายเทความร้อนโดยทั่วไปจะต่ำกว่าอัตราการพาความร้อนแบบบังคับ เนื่องจากความเร็วการไหลมักจะต่ำกว่ามาก อย่างไรก็ตาม การพาความร้อนตามธรรมชาติอาจเป็นทางเลือกที่คุ้มค่าในการใช้งานบางประเภทที่ความต้องการการถ่ายเทความร้อนไม่สูงมาก

การแผ่รังสี

การแผ่รังสีคือการถ่ายเทความร้อนผ่านคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ต่างจากการนำและการพาความร้อน รังสีไม่จำเป็นต้องใช้ตัวกลางในการถ่ายเทความร้อน และอาจเกิดขึ้นได้แม้ในสุญญากาศ ในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนออยล์คูลเลอร์ การถ่ายเทความร้อนด้วยรังสีมักจะน้อยมากเมื่อเทียบกับการนำและการพาความร้อน โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่อุณหภูมิการทำงานปกติ

อัตราการถ่ายเทความร้อนจากการแผ่รังสีระหว่างสองพื้นผิวสามารถคำนวณได้โดยใช้กฎ Stefan - Boltzmann:

$q = \เอปไซลอน\ซิกมา A(T_1^4 - T_2^4)$

โดยที่ $q$ คืออัตราการถ่ายเทความร้อน $\epsilon$ คือการปล่อยรังสีของพื้นผิว (การวัดว่าพื้นผิวปล่อยรังสีได้ดีเพียงใด โดยมีค่าตั้งแต่ 0 ถึง 1) $\sigma$ คือค่าคงที่ของ Stefan - Boltzmann ($5.67\times10^{-8} W/m^2K^4$), $A$ คือพื้นที่ผิว และ $T_1$ และ $T_2$ คืออุณหภูมิสัมบูรณ์ของพื้นผิวทั้งสอง

เนื่องจากอุณหภูมิในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบออยล์คูลเลอร์ค่อนข้างต่ำเมื่อเทียบกับอุณหภูมิในการใช้งานที่อุณหภูมิสูง (เช่น เตาเผา) การแผ่รังสีต่อการถ่ายเทความร้อนโดยรวมจึงมีน้อย และมักจะถูกละเลยในการออกแบบและการวิเคราะห์ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนเหล่านี้

ประเภทของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนออยคูลเลอร์และลักษณะการถ่ายเทความร้อน

เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเชลล์และท่อ

เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเชลล์และท่อสำหรับน้ำมันเป็นหนึ่งในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนออยคูลเลอร์ที่พบมากที่สุด ในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและแบบท่อ น้ำมันร้อนจะไหลผ่านมัดท่อ ในขณะที่ตัวกลางทำความเย็นจะไหลผ่านเปลือกที่ล้อมรอบท่อ

การออกแบบเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและแบบท่อช่วยให้ถ่ายเทความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพผ่านการผสมผสานระหว่างการนำและการพาความร้อน พื้นที่ผิวขนาดใหญ่ของท่อเป็นพื้นที่สำคัญสำหรับการถ่ายเทความร้อน และแผ่นกั้นในเปลือกสามารถเพิ่มการไหลเวียนของตัวกลางทำความเย็น และเพิ่มค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อน

เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อ U

เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อ Uเป็นรูปแบบหนึ่งของตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและแบบท่อ ในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อ U ท่อจะโค้งงอเป็นรูปตัว U ซึ่งช่วยให้สามารถขยายความร้อนได้โดยไม่จำเป็นต้องใช้ข้อต่อขยาย

กลไกการถ่ายเทความร้อนในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อ U นั้นคล้ายคลึงกับกลไกการถ่ายเทความร้อนในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและแบบท่อ ท่อรูปตัวยูมีดีไซน์กะทัดรัดแต่ยังคงรักษาพื้นที่ผิวขนาดใหญ่สำหรับการถ่ายเทความร้อน รูปแบบการไหลภายในท่อรูปตัวยูยังช่วยเพิ่มการถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อนได้อีกด้วย โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากมีการกระจายการไหลที่ดี

ความสำคัญของการทำความเข้าใจกลไกการถ่ายเทความร้อน

การทำความเข้าใจกลไกการถ่ายเทความร้อนในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบออยล์คูลเลอร์ถือเป็นสิ่งสำคัญด้วยเหตุผลหลายประการ:

• การเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบ: ด้วยการทำความเข้าใจว่าการนำ การพาความร้อน และการแผ่รังสีมีส่วนช่วยในการถ่ายเทความร้อนอย่างไร วิศวกรสามารถปรับการออกแบบตัวแลกเปลี่ยนความร้อนให้เหมาะสมเพื่อให้ได้อัตราการถ่ายเทความร้อนที่ต้องการด้วยปริมาณวัสดุและการใช้พลังงานขั้นต่ำ
• การคาดการณ์ประสิทธิภาพ: ความรู้เกี่ยวกับกลไกการถ่ายเทความร้อนทำให้สามารถคาดการณ์ประสิทธิภาพของตัวแลกเปลี่ยนความร้อนภายใต้สภาวะการทำงานที่แตกต่างกันได้อย่างแม่นยำ นี่เป็นสิ่งสำคัญในการรับรองว่าตัวแลกเปลี่ยนความร้อนสามารถตอบสนองความต้องการของระบบที่ติดตั้งไว้
• การแก้ไขปัญหา: เมื่อตัวแลกเปลี่ยนความร้อนไม่ทำงานตามที่คาดไว้ การทำความเข้าใจกลไกการถ่ายเทความร้อนสามารถช่วยในการระบุสาเหตุของปัญหาได้ ตัวอย่างเช่น การลดลงของค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อนอาจบ่งบอกถึงปัญหาเกี่ยวกับอัตราการไหลของของไหลหรือการอุดตันในท่อ

ติดต่อเราเพื่อสอบถามความต้องการเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนออยคูลเลอร์

ในฐานะซัพพลายเออร์เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนออยคูลเลอร์ที่เชื่อถือได้ เรามีความเชี่ยวชาญและประสบการณ์ในการจัดหาเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนคุณภาพสูงที่ตรงกับความต้องการเฉพาะของคุณ ไม่ว่าคุณจะต้องการตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและแบบท่อ ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อ U หรือตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบออยคูลเลอร์ชนิดอื่น เราสามารถนำเสนอโซลูชันที่ปรับแต่งได้โดยเฉพาะเพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพสูงสุด

หากคุณสนใจที่จะเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับผลิตภัณฑ์ของเราหรือต้องการหารือเกี่ยวกับความต้องการการถ่ายเทความร้อนของคุณ โปรดติดต่อเรา เราหวังว่าจะได้ร่วมงานกับคุณเพื่อค้นหาโซลูชันเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่ดีที่สุดสำหรับการใช้งานของคุณ

อ้างอิง

• Incropera, FP, DeWitt, DP, เบิร์กแมน, TL, & Lavine, AS (2007) พื้นฐานของความร้อนและการถ่ายเทมวล จอห์น ไวลีย์ แอนด์ ซันส์
• Cengel, YA และ Ghajar, AJ (2015) การถ่ายเทความร้อนและมวล: ความรู้พื้นฐานและการประยุกต์ McGraw - การศึกษาฮิลล์