Sina Soleimani
عضو جدید
مبدل حرارتي
مبدل حرارتي (Heat Exchanger)چكيده:
مبدل حرارتي دستگاهي است كه براي انتقال حرارت موثر بين دو سيال (گاز يا مايع) به ديگري استفاده مي‌گردد. از رايج‌ترين مبدلهاي حرارتي رادياتور خودرو و رادياتور شوفاژ است. مبدل هاي حرارتي در صنايع مختلف از جمله گرم كردن فضا، سرد سازي، تهويه مطبوع، خودرو، نفت و گاز و بسياري صنايع ديگر مورد استفاده قرار مي‌گيرند. مكانيزم انتقال حرارت بصورت جابجايي و هدايت مي باشد. يك مثال معمول از مبدل هاي حرارتي رادياتور ماشين مي باشد،كه در آن آبي كه با حرارت موتور ماشين داغ شده است ، حرارت آن از طريق رادياتور به جريان هوا منتقل مي كند. از انواع مبدل ها مي توان به مواردي چون مبدل هاي لوله اي (Tubular Heat Exchanger) (كه خود اين مبدل ها بر اساس شكل به مبدلهاي لوله اي U شكل، مبدلهاي دو لوله اي ساده و مبدل هاي دو لوله اي كويل دار تقسيم بندي مي شوند.) ، مبدل هاي پوسته و لوله (Shell & Tube Heat Exchanger)، مبدل هاي صفحه اي (Plate heat exchanger)، مبدل هاي پره دار (Fin Heat Exchangers) اشاره كرد.
مقدمه:
مبدل ها وسايلي هستند كه در صنعت براي انتقال حرارت بين دو سيال بكار مي روند. در ابتدا سعي مي شود تا آنجا كه ممكن است براي گرم كردن و سرد كردن جريان ها از خود سيال هاي موجود در فرايند استفاده شود . بعد از حداكثر كردن ميزان بازيافت حرارت در شبكه مبدل حرارتي بار هاي گرمايشي و سرمايشي كه از طريق بازيافت حرارت تامين نشده اند بايد توسط سرويس هاي جانبي (Utility) تهيه شوند . مكانيزم انتقال حرارت بصورت جابجايي و هدايت مي باشد.
نحوه قرار گرفتن سيال ها در كنار يكديگر مي تواند به چندين صورت مختلف باشد:
- جريان همسو (co-current) : دو سيال از يك طرف مبدل وارد شده و هر دو از طرف ديگر خارج مي شوند. بعضي در مبدل نيز هردو در يك سو حركت مي كنند . نتيجتاً در مبدل نيز هر دو در يك سو حركت مي كنند. (شكل 1)
شكل 1 - جريا نهاي همسو- جريان ناهمسو (counter-current): هركدام از سيال ها از جهات مخالف وارد و خارج مي شوند ( يكي از سيا لها از يك جهت و سيال ديگر از جهت ديگر وارد مي شود) و دو سيال در مبدل به صورت ناهمسو جريان دارد.(شكل 2)
شكل 2 - جريان هاي ناهمسو- جريان متقاطع (cross-flow): يكي از سيال ها از يك جهت و سيال ديگر در جهت عمود بر آن جريان دارد. مشخص ترين نمونه آن رادياتور ماشين مي باشد كه جريان آب از بالا به پايين در لوله ها و جريان هوا عمود بر آن مي باشد.(شكل 3 )
شكل 3 - جريان هاي متقاطع- جريان چندگذر (multi pass): كه در آنها جريان هاي دو سيال به صورت چندتايي در مبدل چيده شده اند .(شكل 4)
شكل 4 - جريان هاي چند گذرتقسيم بندي مبدل ها
مبدل ها را مي توان از جهات گوناگون تقسيم بندي كرد. ابتدا عناوين اين تقسيم بندي ذكر مي گردد و سپس در مورد هركدام توضيحاتي ارائه مي شود.
تقسيم بندي بر اساس خصوصيات سيال هايي كه در مبدل ها جريان دارد:
اين تقسيم بندي بر اساس سيال فرايندي مبدل شكل گرفته است. البته تفاوت بين ضرايب انتقال حرارت گازها و مايعات در تعيين شكل مبدل نقش موثري دارد.
مايع/ مايع
در اين نوع مبدل هاي حرارتي هر دو سيال مايع هستند و مكانيزم انتقال حرارت براي هر دو ، انتقال حرارت اجباري است. انتقال حرارت در اين مبدل ها به علت بالا بودن ضريب انتقال حرارت مايعات بالاست.
گاز/ مايع
در اين مبدل ها يك سيال مايع و سيال ديگر گاز است. معمولاً براي خنك نمودن سيال گرم توسط هوا استفاده مي شود. جريان مايع با سرعت كافي داخل لوله پمپ مي شود كه اين موجب بالا بودن ضريب انتقال حرارت طرف لوله ها مي شود. هوا به صورت متقاطع بر روي لوله ها جريان مي يابد. جريان هوا مي تواند به صورت جابجايي اجباري يا آزاد باشد.
گاز/گاز
معمولاً كمتر اتفاق مي افتد كه در مبدل ها هر دو سيال گاز باشند مگر اينكه يكي از گازها در فشار بالا باشد .
گاز فشار بالا كه دانسيته آن بيشتر است در داخل لوله ها جريان مي يابد. البته ضريب انتقال حرارت در اين موارد خيلي كوچك است و براي انتقال حرارت مناسب بايد تدابيري انديشيد كه در مباحث بعد در اين مورد بحث مي شود.
كندانسورها
در اين مبدل هاي حرارتي جريان بخار يك سيال توسط مايع (مثلاً آب) و يا جريان گاز (مثلاً هوا) خنك و كندانس مي شود. گاهي اوقات بخار خارج لوله است مثل كندانسورهاي نيروگاه هاي حرارتي و گاهي اوقات بخار داخل لوله است مثل كندانسورهاي فرئون.
مبدل حرارتي دستگاهي است كه براي انتقال حرارت موثر بين دو سيال (گاز يا مايع) به ديگري استفاده مي‌گردد. از رايج‌ترين مبدلهاي حرارتي رادياتور خودرو و رادياتور شوفاژ است. مبدل هاي حرارتي در صنايع مختلف از جمله گرم كردن فضا، سرد سازي، تهويه مطبوع، خودرو، نفت و گاز و بسياري صنايع ديگر مورد استفاده قرار مي‌گيرند. مكانيزم انتقال حرارت بصورت جابجايي و هدايت مي باشد. يك مثال معمول از مبدل هاي حرارتي رادياتور ماشين مي باشد،كه در آن آبي كه با حرارت موتور ماشين داغ شده است ، حرارت آن از طريق رادياتور به جريان هوا منتقل مي كند. از انواع مبدل ها مي توان به مواردي چون مبدل هاي لوله اي (Tubular Heat Exchanger) (كه خود اين مبدل ها بر اساس شكل به مبدلهاي لوله اي U شكل، مبدلهاي دو لوله اي ساده و مبدل هاي دو لوله اي كويل دار تقسيم بندي مي شوند.) ، مبدل هاي پوسته و لوله (Shell & Tube Heat Exchanger)، مبدل هاي صفحه اي (Plate heat exchanger)، مبدل هاي پره دار (Fin Heat Exchangers) اشاره كرد.
مقدمه:
مبدل ها وسايلي هستند كه در صنعت براي انتقال حرارت بين دو سيال بكار مي روند. در ابتدا سعي مي شود تا آنجا كه ممكن است براي گرم كردن و سرد كردن جريان ها از خود سيال هاي موجود در فرايند استفاده شود . بعد از حداكثر كردن ميزان بازيافت حرارت در شبكه مبدل حرارتي بار هاي گرمايشي و سرمايشي كه از طريق بازيافت حرارت تامين نشده اند بايد توسط سرويس هاي جانبي (Utility) تهيه شوند . مكانيزم انتقال حرارت بصورت جابجايي و هدايت مي باشد.
نحوه قرار گرفتن سيال ها در كنار يكديگر مي تواند به چندين صورت مختلف باشد:
- جريان همسو (co-current) : دو سيال از يك طرف مبدل وارد شده و هر دو از طرف ديگر خارج مي شوند. بعضي در مبدل نيز هردو در يك سو حركت مي كنند . نتيجتاً در مبدل نيز هر دو در يك سو حركت مي كنند. (شكل 1)
شكل 1 - جريا نهاي همسو
شكل 2 - جريان هاي ناهمسو
شكل 3 - جريان هاي متقاطع
شكل 4 - جريان هاي چند گذر
مبدل ها را مي توان از جهات گوناگون تقسيم بندي كرد. ابتدا عناوين اين تقسيم بندي ذكر مي گردد و سپس در مورد هركدام توضيحاتي ارائه مي شود.
تقسيم بندي بر اساس خصوصيات سيال هايي كه در مبدل ها جريان دارد:
اين تقسيم بندي بر اساس سيال فرايندي مبدل شكل گرفته است. البته تفاوت بين ضرايب انتقال حرارت گازها و مايعات در تعيين شكل مبدل نقش موثري دارد.
مايع/ مايع
در اين نوع مبدل هاي حرارتي هر دو سيال مايع هستند و مكانيزم انتقال حرارت براي هر دو ، انتقال حرارت اجباري است. انتقال حرارت در اين مبدل ها به علت بالا بودن ضريب انتقال حرارت مايعات بالاست.
گاز/ مايع
در اين مبدل ها يك سيال مايع و سيال ديگر گاز است. معمولاً براي خنك نمودن سيال گرم توسط هوا استفاده مي شود. جريان مايع با سرعت كافي داخل لوله پمپ مي شود كه اين موجب بالا بودن ضريب انتقال حرارت طرف لوله ها مي شود. هوا به صورت متقاطع بر روي لوله ها جريان مي يابد. جريان هوا مي تواند به صورت جابجايي اجباري يا آزاد باشد.
گاز/گاز
معمولاً كمتر اتفاق مي افتد كه در مبدل ها هر دو سيال گاز باشند مگر اينكه يكي از گازها در فشار بالا باشد .
گاز فشار بالا كه دانسيته آن بيشتر است در داخل لوله ها جريان مي يابد. البته ضريب انتقال حرارت در اين موارد خيلي كوچك است و براي انتقال حرارت مناسب بايد تدابيري انديشيد كه در مباحث بعد در اين مورد بحث مي شود.
كندانسورها
در اين مبدل هاي حرارتي جريان بخار يك سيال توسط مايع (مثلاً آب) و يا جريان گاز (مثلاً هوا) خنك و كندانس مي شود. گاهي اوقات بخار خارج لوله است مثل كندانسورهاي نيروگاه هاي حرارتي و گاهي اوقات بخار داخل لوله است مثل كندانسورهاي فرئون.
