Kuidas soojusvaheti töötab?

Soojusvahetid, mida kasutatakse soojuse ülekandmiseks ühe vedeliku (kas vedeliku või gaasina) ja teise vedeliku (teise vedeliku või gaasi) vahel, võimaldamata neil kahel vedelikul üksteisega otsest kokku puutuda, kasutatakse soojusvahetiid nii kütte- kui ka jahutusprotsessides.

Soojusvahetidkasutatakse mitmesugustes rakendustes, sealhulgas kliimaseadmetes, keemiatehastes, naftakeemiatehastes, nafta rafineerimistehastes, elektrijaamades, maagaasi töötlemisel, jahutamisel, reoveepuhastusel ja ruumide kütmisel. Neid võib leida ka sisepõlemismootoritest, kus need võimaldavad mootori jahutusvedelikul voolata läbi radiaatori mähiste, kui õhk neist mööda voolab, jahutades jahutusvedelikku, soojendades samal ajal õhku.

Soojusvaheti töötab, lastes ühest vedelikust pärit soojusel läbida teise, jahedama vedeliku, ilma et need seguneksid või puutuksid kokku.

Kujutage näiteks ette toru, mille ümber on teine ​​toru. Sisemine toru võib lasta kuumal vedelikul läbida, samal ajal kui jahedamat vedelikku juhitakse samaaegselt läbi välimise toru. See võimaldaks jahedamal vedelikul soojema temperatuuri alandada, kuna soojem vedelik suurendas samaaegselt jahedama temperatuuri. Muidugi on see väga lihtne näide soojusvahetusest ja soojusvahetite uurimisel tuleb arvestada ka mitmete muude teguritega:

1. Passid

Torude kõverdamisel, näiteks S-kujuliseks, saate lubada vedelikel enne soojusvaheti juurest lahkumist rohkem kui ühe läbimise. Ühekäiguline on sirge toru, kus vedelik siseneb soojusvaheti ühest otsast ja väljub teisest otsast üsna kiiresti. Topeltkäigul kasutatakse U-kuju, nii et vedelik siseneb ja väljub soojusvahetist samast otsast, pikendades aega, mille jooksul vedelikud soojusvahetis üksteisest{3}}läbivad. Kolmikkäik kasutab S-kujulist moodustist, mis võimaldab vedelikul kolm korda enne väljumist mööda soojusvahetit liikuda. Mida suurem on läbimiste arv, seda suurem on soojusülekanne – lihtsalt seetõttu, et vedelikud on süsteemis kauem koos –, kuigi see võib kaasa tuua ka rõhulanguse ja kiiruse kadumise.

2. Temperatuuri rist-üle

Temperatuuri ristumine{0}}tekkib siis, kui jahutusvedeliku soojus hakkab ristuma soojusvahetis oleva kuuma vedeliku temperatuuriga. Näiteks võib õli, mis siseneb soojusvahetisse temperatuuril 80 °C koos veega, mille temperatuur on 30 °C, nende temperatuurid-üle minna, kui õli temperatuur langeb 50 °C-ni, kui vesi jõuab 51 °C-ni. Sel hetkel on jahutusvedelik (vesi) muutunud õlist kuumaks. Temperatuuri rist{9}}võib oluliselt vähendada soojusvaheti efektiivsust, eriti jahutamisel. Seda saab vältida, suurendades jahutusvedeliku voolukiirust (vt allpool jaotist „Voolukiirus”), nii et süsteemis on rohkem jahutusvedelikku. Kui temperatuuri ületamine on vältimatu, on plaatsoojusvaheti kasutamine (vt allpool jaotist „Soojusvaheti tüübid”) parim lahendus.

3. Temperatuuri erinevus

See viitab jahutusvedeliku ja kuuma vedeliku temperatuuride erinevusele, mis on soojusvahetis oluline, nagu näitab „temperatuuri rist{0}}üleminek” (ülal). Jahutusvedelikku tuleb hoida madalamal temperatuuril kui kuuma vedeliku ja mida külmem on jahutusvedelik, seda tõhusamalt eemaldab see kuumast vedelikust soojust.

4. Voolukiirus

See on vedeliku kogus, mis teatud aja jooksul läbib{0}}toru ristlõiget. See arvutatakse vedeliku mahuna vedeliku voolamise aja kohta - suurema voolukiirusega, mis võib suurendada soojusvaheti võimet soojust üle kanda. Kuid rohkem vedelikku tähendab ka suuremat transporditavat massi, samuti suuremat rõhukadu ja kiirust.

Soojusvahetid saab klassifitseerida vastavalt voolukorraldusele või soojusvaheti enda konstruktsioonile.

Soojusvahetites leiduvad kolm peamist voolukorralduse klassifikatsiooni on paralleel-vool, vastuvool ja rist-vool:

• Paralleelvoog:Need kaks vedelikku sisenevad soojusvaheti samas otsas ja liiguvad paralleelselt, enne kui koos väljuvad
• Vastuvool:Vedelikud sisenevad soojusvaheti vastaskülgedelt ja liiguvad läbi süsteemi vastassuundades. See on kõige tõhusam voolukorraldus, kuna vedelike keskmine temperatuuride erinevus jääb kogu süsteemis kõrgemaks
• Rist-voog:Selles soojusvaheti vormis liiguvad vedelikud üksteise suhtes risti (täisnurga all).

Lisaks voolukorraldusele saab soojusvahetid liigitada tüübi järgi vastavalt soojusvaheti füüsilisele konstruktsioonile:

• Topelttoru:See on tööstuses kasutatav kõige lihtsam soojusvaheti tüüp. Nagu nimigi ütleb, koosnevad need kahest torust, mille kaudu voolavad vedelikud. Voolu konfiguratsioon võib olla paralleelne või vastuvool, kusjuures vastuvool on tõhusam, samas kui paralleelvool on parem, kui kaks vedelikku tuleb viia samale temperatuurile. Neid soojusvahetiid on lihtne ja odav projekteerida ja hooldada, kuid nende efektiivsus on teiste konstruktsioonidega võrreldes suhteliselt madal
• Kest ja toru:Korpuse ja toru soojusvahetites kasutatakse metalltorude komplekti, mille kaudu voolab üks vedelik, mida ümbritseb tihendatud kest, mille kaudu voolab teine ​​vedelik. Seda tüüpi soojusvahetid töötavad igat tüüpi vooluga – paralleel-, vastu- ja ristvooluga- ning neid võib leida auruveduritest. Deflektoreid kasutatakse vedeliku voolu suunamiseks, vedelikus vibratsiooni esilekutsumiseks ja torude toetamiseks, samas kui ribisid saab kasutada ka õhkjahutusega tehnoloogiatega (nt sisepõlemismootorite vahejahutid{4}}), et suurendada soojusülekande pindala.
• Plaat/fin:Seda tüüpi soojusvahetites kasutatakse õhukeste metallplaatide virnasid, mida uimed hoiavad lahus, et moodustada tasandeid, sarnaselt hoone põrandatele. Kuid kõik need „põrandad” on iseseisvad-ja eraldatud ülalt või all olevast, luues suletud torude seeria, mille kaudu vedelikud saavad voolata. See loob suure pindala, mis suudab kiiresti soojust vahetada, tagades samal ajal vedeliku voolu kogu soojusülekande pinna ulatuses, vältides vedeliku stagnatsiooni ja kogunemist. Plaate saab luua erineva suuruse, sügavuse ja kujuga, sh laineplaate, plaati ja raami, plaati ja kesta või spiraalplaate. Suur voolu turbulents plaatide vahel loob suurema soojusülekande ja rõhu languse. Seda tüüpi soojusvahetit kasutatakse sellistes rakendustes nagu gaasiahjud ja katlad.
• Õhkjahutusega:Seda tüüpi soojusvahetit leidub tavaliselt sõidukites ja muudes liikuvates rakendustes, kus jahe vesi pole saadaval. Kahe vedeliku asemel kasutavad õhkjahutusega süsteemid ventilaatorist jahedat õhku või sõiduki enda liikumisest põhjustatud õhuvoolu.
• Kondensaatorid, katlad ja aurustid:Seda tüüpi soojusvahetus väärib eraldi äramärkimist, kuna see toimib veidi erineval viisil kui juba kirjeldatud. Selle asemel, et sisestada kahte vedelikku (kuum ja külm), kasutavad need soojusülekandetsükli loomiseks kuuma gaasi jahutamist ja kondenseerumist vedelaks (ja vastupidi). Seda protsessi kasutavad auruturbiinid ja aurugeneraatorid, mis kasutavad vee auruks aurustamise tsüklit ja selle järgnevat jahutamist vedelikuks.
• Rekuperaatorid:Rekuperaator on soojusvaheti, mis on loodud selleks, et koguda soojust, mis muidu kaoks, näiteks hoonest välja lasta soojust. Soe õhk suunatakse välja kanali kaudu, mis kõrvuti eraldi sissetuleva jaheda vedeliku kanaliga, et tekitada vastuvool. Nii toimib soojustagastusega ventilatsioonisüsteem-, mis võimaldab hoonet värske õhuga ventileerida, ilma et see kaotaks kogu soojust väljuvast soojemast õhust
• Regeneraatorid:Seda tüüpi soojusvahetid võimaldavad nii sissetulevatel kui ka väljuvatel vedelikel liikuda sama kanali kaudu erinevatel aegadel vastassuundades. Kui soe vedelik välja voolab, annab see osa oma soojusest ära, siis kui jahe vedelik sisse voolab, võtab see osa sinna jäänud jääksoojust. Seda tüüpi soojusvahetust kasutatakse Stirlingi mootoris, mis kasutab kolvi, et suruda kinni jäänud gaasi edasi-tagasi soojusallika (nt tulekahju) ja jahedama ala ehk „valamu” vahel, kus soojus kaob. Seda tüüpi soojusvahetid vähendavad soojuskadusid süsteemis, "regenereerides" soojust.

Soojusvahetiid kasutatakse laialdaselt nii tööstuslikus kui ka igapäevases kasutuses.

Kuigi soojusvahetid on erineva konstruktsiooni ja voolusüsteemidega, töötavad need kõik sarnaselt; võimaldades kuumema ja jahedama vedeliku vahel termilist kontakti (ilma tegelikult segunemata), nii et need kaks vedelikku soojendavad või jahutavad üksteist vastavalt.

See parandab sõidukite ja muude üksuste tõhusust ning säästab kulusid ja vähendab energiatarbimist (ja sellega kaasnevat keskkonnamõju).

Otsige HX-i plaanide poole

Teie soojusvaheti rakenduse stsenaariumid (nt toiduainete töötlemine, naftakeemiatööstus, elektrijahutus) ja keskmised omadused (söövitus/viskoossus/temperatuur) erinevad, seega kohandatakse ka spetsifikatsiooniplaani ainult -andke meile oma vajadustest teada ning me pakume teile sihipäraseid parameetreid ja hinnapakkumisi.

E-post:global@gneesteels.com