Kako radi izmjenjivač topline?

Koriste se za prijenos topline između jednog fluida (bilo tečnog ili kao plina) i drugog fluida (druge tekućine ili plina) bez dopuštanja da dva fluida dođu u direktan kontakt jedan s drugim, izmjenjivači topline se koriste i u procesima grijanja i hlađenja.

Izmjenjivači toplinese koriste u nizu primjena uključujući klimatizaciju, kemijska postrojenja, petrohemijska postrojenja, rafinerije nafte, elektrane, preradu prirodnog plina, hlađenje, tretman otpadnih voda i grijanje prostora. Takođe se mogu naći u motorima sa unutrašnjim sagorevanjem, gde dozvoljavaju rashladnu tečnost motora da teče kroz zavojnice radijatora dok vazduh struji pored njih, hladeći rashladnu tečnost dok zagreva vazduh.

Izmjenjivač topline funkcionira tako što dozvoljava toplini iz jednog fluida da prođe drugi, hladniji, fluid bez njihovog miješanja ili direktnog kontakta.

Na primjer, zamislite cijev sa drugom cijevi oko nje. Unutrašnja cijev bi mogla dozvoliti da vrući fluid prođe kroz nju, dok hladniji fluid istovremeno prolazi kroz vanjsku cijev. To bi omogućilo hladnijem fluidu da smanji temperaturu toplijeg, jer je topliji fluid istovremeno povećavao toplotu hladnijeg. Naravno, ovo je vrlo osnovni primjer izmjene topline, a postoji niz drugih faktora koje treba uzeti u obzir prilikom istraživanja izmjenjivača topline:

1. Prolazi

Savijanjem cijevi, na primjer u 'S' oblik, možete dozvoliti fluidima da naprave više od jednog 'prolaska' prije nego što napuste izmjenjivač topline. Jedan prolaz je ravna cijev, gdje fluid ulazi na jednom kraju i izlazi na drugom kraju izmjenjivača topline prilično brzo. Dvostruki prolaz koristi U-oblik, tako da fluid ulazi i izlazi iz izmjenjivača topline na istom kraju, produžavajući vrijeme u kojem fluidi prolaze jedan-u izmjenjivaču topline. Trostruki prolaz koristi formaciju u obliku slova 'S' koja omogućava fluidu da putuje duž izmjenjivača topline tri puta prije nego što izađe. Što je veći broj prolaza, to je veća količina prenosa toplote dostupna – jednostavno zato što su fluidi duže zajedno u sistemu – iako to takođe može dovesti do pada pritiska i gubitka brzine.

2. Temperatura prelazi-preko

Prelazak temperature-nastaje kada toplina rashladnog fluida počne prelaziti sa temperaturom vrućeg fluida u izmjenjivaču topline. Na primjer, ulje koje ulazi u izmjenjivač topline na 80⁰C zajedno sa vodom na temperaturi od 30⁰C, moglo bi vidjeti da se njihove temperature pređu-ako bi se ulje smanjilo na 50⁰C kako voda dostigne 51⁰C. U ovom trenutku rashladna tečnost (voda) je postala toplija od ulja. Prelazak temperature-može značajno smanjiti efikasnost izmjenjivača topline, posebno pri hlađenju. Ovo se može izbeći povećanjem protoka rashladne tečnosti (pogledajte 'Brzina protoka' ispod), tako da u sistemu ima više rashladne tečnosti. Tamo gdje je promjena temperature-neizbježna, korištenje pločastog izmjenjivača topline (pogledajte 'Vrste izmjenjivača topline, ispod) je najbolje rješenje.

3. Temperaturna razlika

Ovo se odnosi na razliku u temperaturi između rashladnog i vrućeg fluida, što je važno u izmjenjivaču topline, kao što je prikazano 'prelaskom temperature-over' (gore). Rashladnu tečnost treba držati na nižoj temperaturi od vruće tečnosti, i, što je hladnija tečnost, to će biti efikasnije u oduzimanju toplote iz vruće tečnosti.

4. Brzina protoka

Ovo je količina tekućine koja prolazi kroz poprečni-presjek cijevi u određenom vremenskom periodu. Izračunava se kao zapremina fluida po vremenu kada fluid teče - sa većom brzinom protoka koja potencijalno povećava sposobnost izmjenjivača topline da prenosi toplinu. Međutim, više tekućine znači i veću masu za transport, kao i povećanje gubitka pritiska i brzine.

Izmjenjivači topline se mogu klasificirati prema rasporedu protoka ili prema dizajnu samog izmjenjivača topline.

Tri glavne klasifikacije rasporeda protoka koje se nalaze u izmjenjivačima topline su paralelni-tok, protutok i poprečni -tok:

• Paralelni tok:Dva fluida ulaze na isti kraj izmjenjivača topline i putuju paralelno prije nego što izađu zajedno
• Protutok:Tečnosti ulaze na suprotne strane izmjenjivača topline i putuju kroz sistem u suprotnim smjerovima. Ovo je najefikasniji raspored protoka, jer prosječna temperaturna razlika između fluida ostaje veća u cijelom sistemu
• Poprečni{0}}tok:U ovom obliku izmjenjivača topline, tekućine putuju okomito (pod pravim uglom) jedna prema drugoj

Kao i raspored protoka, izmjenjivači topline se mogu kategorizirati po tipu, prema fizičkom dizajnu izmjenjivača topline:

• dupla cijev:Ovo je najjednostavniji tip izmjenjivača topline koji se koristi u industriji. Kao što ime govori, sastoje se od dvije cijevi kroz koje tečnosti mogu teći. Konfiguracija toka može biti paralelna ili protivtočna, pri čemu je protivtok efikasniji, dok je paralelni tok bolji ako se dvije tekućine trebaju podići na istu temperaturu. Ovi izmjenjivači topline su jednostavni i jeftini za dizajn i održavanje, ali imaju relativno nizak nivo efikasnosti u odnosu na druge dizajne
• školjka i cijev:Izmjenjivači topline sa ljuskom i cijevi koriste set metalnih cijevi kroz koje teče jedan fluid, okružen zatvorenim omotačem kroz koji teče drugi fluid. Ovaj tip izmjenjivača topline radi sa svim vrstama protoka – paralelnim, kontra i poprečnim protokom- i može se naći u parnim lokomotivama. Pregrade se koriste za usmjeravanje protoka tekućine, izazivanje vibracija u tekućini i podržavanje cijevi, dok se rebra mogu koristiti i sa zračnim{3}}tehnologijama (kao što su međuhladnjaci motora sa unutrašnjim sagorevanjem) za povećanje područja prijenosa topline
• ploča/peraje:Ovaj tip izmjenjivača topline koristi hrpe tankih metalnih ploča koje se razdvajaju perajima kako bi formirali nivoe, slično kao podovi zgrade. Međutim, svaki od ovih 'podova' je samostalan-i odvojen od onog iznad ili ispod, stvarajući zatvoren niz cijevi kroz koje tekućine mogu teći. Ovo stvara veliku površinu koja je u stanju da brzo razmjenjuje toplinu, a istovremeno garantuje protok fluida preko cijele površine za prijenos topline, sprječavajući stagnaciju i akumulaciju tekućine. Ploče se mogu izraditi u različitim veličinama, dubinama i oblicima, uključujući valovite ploče, ploču i okvir, ploču i školjku ili spiralne ploče. Visoka turbulencija protoka između ploča stvara veći prijenos topline i smanjenje tlaka. Ovaj tip izmjenjivača topline se koristi u aplikacijama kao što su plinske peći i kotlovi.
• Zračno hlađenje:Ovaj tip izmjenjivača topline se obično nalazi u vozilima i drugim pokretnim aplikacijama gdje hladna voda nije dostupna. Umesto dve tečnosti, sistemi sa vazdušnim hlađenjem koriste hladan vazduh iz ventilatora ili strujanje vazduha izazvano kretanjem samog vozila.
• Kondenzatori, bojleri i isparivači:Ova vrsta razmjene topline zaslužuje poseban spomen jer radi na nešto drugačiji način od onih koje smo već opisali. Umjesto da ubacuju dva fluida (topli i hladni), oni koriste hlađenje i kondenzaciju vrućeg plina u tečni oblik (i obrnuto) za stvaranje ciklusa prijenosa topline. Ovo je proces koji koriste parne turbine i generatori pare, koji koriste ciklus isparavanja vode u paru i njenog naknadnog hlađenja u tečnost.
• Rekuperatori:Rekuperator je izmjenjivač topline dizajniran za hvatanje topline koja bi inače bila izgubljena, kao što je toplina koja se odvodi iz zgrade. Topli vazduh se usmerava kroz kanal uz poseban, ulazni kanal hladne tečnosti kako bi se stvorio protivtok. Ovako funkcionira-ventilacijski sistem sa povratom topline, omogućavajući da se zgrada ventilira svježim zrakom bez gubitka cijele topline iz izlaznog toplijeg zraka
• regeneratori:Ovaj tip izmjenjivača topline omogućava da se i ulazni i odlazni fluidi kreću kroz isti kanal u suprotnim smjerovima u različito vrijeme. Kako topli fluid istječe, on odustaje od svoje topline, a zatim dok hladni fluid ulazi, on preuzima dio preostale toplote koja je tamo ostala. Ova vrsta razmjene topline koristi se u Stirlingovom motoru, koji koristi klip za guranje zarobljenog plina naprijed-nazad između izvora topline (poput vatre) i hladnijeg područja, ili 'ponora', gdje se gubi toplina. Ovaj tip izmjenjivača topline smanjuje gubitak topline u sistemu 'regeneracijom' topline.

Izmjenjivači topline se koriste za širok spektar primjena kako u industrijskoj tako iu svakodnevnoj upotrebi.

Dok izmjenjivači topline dolaze u nizu različitih dizajna i sistema protoka, svi rade na sličan način; omogućavajući termički kontakt između toplijeg i hladnijeg fluida (bez stvarnog miješanja), tako da se dva fluida zagrijavaju ili hlade jedan-u skladu s tim.

Ovo poboljšava efikasnost vozila i drugih jedinica, kao i uštedu troškova i smanjenje potrošnje energije (i bilo kakvog povezanog uticaja na životnu sredinu).

Posegnite za HX planovima

Vaši scenariji primjene izmjenjivača topline (kao što su prerada hrane, petrohemijska industrija, hlađenje) i karakteristike srednje vrijednosti (korozivnost/viskoznost/temperatura) variraju, tako da će plan specifikacije također biti isključivo prilagođen-molimo vas da nam kažete svoje potrebe, a mi ćemo vam dati ciljane parametre i ponude.

Email:global@gneesteels.com