مبدل حرارتی دو لوله ای چیست؟ | اصول کار مبدل حرارتی دو لوله ای

مدیریت
0 دیدگاه

مبدل حرارتی وسیله ای مکانیکی است که حرارت را بین دو سیال مخلوط نشده مبادله یا انتقال می دهد. مبدل های حرارتی با توجه به فضای مورد نیاز، کاربردها، طراحی ها و جریان سیال  داخل سیستم دارای انواع مختلفی هستند. همه مبدل های حرارتی دارای موانع مختلفی هستند که مایع را جدا کرده و همزمان گرما را انتقال می دهند. مبدل حرارتی دو لوله ای معروف ترین نوع مبدل حرارتی است که طراحی بسیار انعطاف پذیری دارد. ساده ترین شکل مبدل حرارتی دو لوله ای که در حال حاضر موجود است دارای یک لوله کوچک است که توسط یک لوله بزرگ دیگر احاطه شده است. این مقاله به طور عمده جنبه های مختلف مبدل حرارتی دو لوله را شرح می دهد.

مبدل حرارتی دو لوله ای چیست؟

مبدل حرارتی دو لوله ای نوعی مبدل حرارتی است که از لوله های هم مرکزی تشکیل شده است که توسط یک دریچه مکانیکی جدا شده اند. همان طور که از نام این مبدل حرارتی پیدا است از دو لوله برای تبادل حرارت بین دو سیال استفاده می کند. یک لوله دارای سیال گرم و لوله دیگر دارای سیال سرد است.

مبدل حرارتی دو لوله دارای یک لوله کوچک است که توسط یک لوله بزرگ دیگر احاطه شده است. یک سیال در داخل لوله کوچک جریان دارد و سیال دیگر در فضای حلقوی بین دو لوله حرکت می کند.

دیواره داخلی لوله کوچک سطح انتقال حرارت است. کل فرآیند انتقال حرارت در لوله بزرگ انجام می شود. به این ترتیب لوله داخلی مانند یک حائل رسانا عمل می کند. بخش خارجی شامل جریان سیال از طریق لوله یا بخش داخلی است.

این مبدل حرارتی ممکن است یک لوله یا یک دسته لوله (اما کمتر از 30 لوله) داشته باشد. قطر لوله بزرگ کمتر از 200 میلی متر است. در برخی شرایط، لوله داخلی دارای پره های عمودی برای بهبود ضریب انتقال حرارت بین سیالات عامل است. مبدل های حرارتی دو لوله ای برای مساحت های کوچک انتقال حرارت (به عنوان مثال، 14 متر مربع) استفاده می شود. اتصال سری برای بالا بردن سطح انتقال حرارت به فضای بیشتر و لوازم جانبی بیشتری نیاز دارد که منجر به افت فشار بیشتر می شود. علاوه بر این امکان افزایش تعداد مسیرهای عبور سیال در دو طرف وجود ندارد.

این مبدل حرارتی برای مایعات کثیف مناسب نیست زیرا مایع کثیف آن را مسدود می کند و تمیز کردن این مبدل بسیار سخت است. مزیت اصلی مبدل حرارتی دو لوله این است که عملکرد آسان و طراحی ساده دارد.

هزینه ساخت مبدل حرارتی دو لوله نسبتا کم است و به حداقل تعمیر و نگهداری نیاز دارد. این مبدل ها برای سرمایش یا گرمایش محسوس در فشار بالا و دمای بالا بهترین هستند.

مشخصات مبدل های حرارتی دو لوله ای

مبدل حرارتی دو لوله یکی از ساده ترین انواع مبدل حرارتی است. مبدل حرارتی دو لوله یکی از ساده ترین انواع مبدل حرارتی است. نمودار زیر این مبدل حرارتی را نشان می دهد. همانطور که در نمودار زیر نشان داده شده است، یک پوسته یا لوله توسط پوسته یا لوله دیگری احاطه شده است.

این نوع مبدل‌های حرارتی پوسته‌ای و لوله‌ای دارای طراحی ساده و شفاف هستند که گزینه‌های متنوعی را در اختیار مشتریان قرار می‌دهند تا مبدل حرارتی را با توجه به نیاز خود انتخاب کنند. مبدل های حرارتی سفارشی متعددی در بازار وجود دارد که با توجه به نیاز صنایع و پروژه های مختلف طراحی شده اند.

مبدل حرارتی دو لوله ای برای استفاده در مقیاس های کوچک توصیه می شود. از آنها برای انتقال گرما در مساحت های کوچک (به عنوان مثال، کمتر از 45 متر مربع) استفاده می شود.

برای استفاده از این مبدل باید انواع سیالات سیستم خود را بشناسید. به دلیل فضای بزرگ جریان در قسمت پوسته، باید فقط از سیالات چسبناک در این قسمت استفاده کنید. بنابراین، هنگام استفاده از بخار به عنوان سیال عامل در مبدل حرارتی، بهتر است از لوله برای جریان استفاده شود. قبل از انتخاب مبدل حرارتی مناسب، باید مشخصات یا شرایط پروژه خود را تعیین کنید. همچنین باید دمای خروجی و ورودی و همچنین نرخ انتقال حرارت مورد نظر را تعیین کنید. با این اطلاعات، کار برای شما و فروشنده راحت‌ تر می شود و می‌تواند مبدل ‌های موجود را به شما معرفی و جفت لوله مناسب را برای مبدل­تان طراحی کند.

همانطور که در بالا ذکر شد، مبدل حرارتی دو لوله ای ساختاری مدولار و ساده دارد، اما باید در نظر داشته باشید که افزایش مساحت سطح، هزینه مبدل حرارتی را افزایش می دهد.

به عبارت ساده تر، اگر می خواهید مبدلی برای انتقال حرارت در یک مساحت سطح بزرگ بخرید، باید هزینه بالایی برای چنین مبدل حرارتی بپردازید.

انواع مبدل های حرارتی دو لوله ای

مبدل حرارتی دو لوله ای بر اساس جریان سیال به انواع مختلفی تقسیم می شود. مبدل حرارتی دو لوله ای دارای دو نوع عمده زیر است:

مبدل حرارتی جریان ناهمسو

مبدل حرارتی جریان همسو

1. مبدل حرارتی جریان ناهمسو

مبدل حرارتی جریان ناهمسو یکی از انواع مبدل حرارتی دو لوله ای است. در یک مبدل حرارتی ناهمسو،  سیال عامل دارای جهت جریان مخالف جهت جریان سیال عامل دیگر است.

در این طراحی، مبدل حرارتی بالاترین سرعت انتقال حرارت را دارد و به راحتی می توانیم خروجی ها را با توجه به نیاز خود گرم یا سرد کنیم.

نمودار بالا نشان دهنده محل خروجی و ورودی است. همانطور که در نمودار نشان داده شده است، سیالات در جهت مخالف جریان می یابند و سیالات حداکثر اختلاف دما را در انتهای هر دو سر دارند.

به نمودار بالا نگاه کنید و تصور کنید که مایع 1 داغ و مایع 2 سرد است. دمای انتهای سرد در خروجی (T2out) را می توان نزدیک به دمای ورودی (T1in) بدست آورد.

همانطور که می دانید دمای قسمت ورودی (T1in) بیشتر از دمای قسمت خروجی (T1out) است. با این حال در مورد مبدل حرارتی ناهمسو، دمای سیال قسمت سرد ممکن است بالاتر از دمای خروجی قسمت گرم باشد، که با مبدل حرارتی جریان همسو امکان پذیر نیست.

مبدل های حرارتی پوسته و لوله ماکسیمم دارای طراحی ناهمسو هستند. زیرا این یکی از موثرترین طراحی ها است. طراحی ناهمسو اجازه حداکثر تغییرات دما را بین مایعات عامل می دهد.

2. مبدل حرارتی جریان همسو

همان طور که از نام مبدل حرارتی موازی پیداست، هر دو سیال در این مبدل حرارتی در یک جهت جریان دارند. جهت سیالات ورودی و خروجی مبدل حرارتی دو لوله جریان همسو یکسان است.

این طراحی مبدل حرارتی نسبت به طرح جریان ناهمسو، راندمان و سرعت انتقال حرارت کمتری دارد. اگرچه، ما به این طراحی موازی برای برخی کاربردهای خاص نیاز داریم.

مزایای مبدل حرارتی دو لوله ای

  • مبدل حرارتی دو لوله ای هزینه پایینی دارد
  • شما می توانید با هزینه بسیار کم به بازده عالی برسید
  • این مبدل های حرارتی نسبت به مبدل های حرارتی پوسته و لوله اندازه کوچکی دارند
  • به فضای نصب زیادی نیاز ندارند
  • هزینه های نگهداری پایینی نسبت به مبدل های پوسته و لوله دارند
  • مونتاژ و تعویض قطعات آسانی دارند
  • این مبدل ها دارای طراحی ساده و جمع و جور هستند
  • این مبدل همچنین برای کاربردهای فشار و دمای بالا مانند کمپرسورها و بویلرها بهترین است
  • با توجه به محبوبیت بسیار زیاد این مبدل ها، دارای قطعات استاندارد شده ای هستند که نگهداری و تعمیر آنها را آسان می کند.
  • ساختار این مبدل ها امکان انبساط حرارتی بیشتری را بدون اینکه اتصالات دچار انبساط شوند فراهم می کند

معایب مبدل حرارتی دو لوله ای

  • مبدل حرارتی دو لوله نسبت به پوسته و لوله دارای لوله های کم است، یعنی سرعت انتقال حرارت کمتری نسبت به مبدل حرارتی پوسته و لوله دارد
  • برای طراحی جریان متقاطع وجود ندارد. بنابراین، شما نمی توانید از این مبدل ها برای برخی کاربردهای خاص استفاده کنید
  • هنگامی که واحدی بیشتر اضافه می کنید، به دلیل افزایش تعداد اتصالات، احتمال نشتی افزایش می یابد
  • احتمال نشتی از اتصالات حذف شده زیاد است
  • این مبدل‌های حرارتی محدودیت‌هایی در انتقال حرارت دارند و می‌توانند برای مساحت های کوچک استفاده شوند.

کاربردهای مبدل حرارتی دو لوله ای

محدوده کاربرد مبدل های حرارتی دو لوله ای به دلیل طراحی کاربردی، زیبا و مختصر آن بسیار گسترده  و پوشش آن دشوار است. بعضی از آنها عبارتند از:

1. مبدل دولوله ای در کمپرسورها و بویلرها استفاده می شود زیرا فشار و دمای بسیار بالایی دارند

2. تصفیه فاضلاب

3. تبرید

4. پالایش نفت

5. سیستم های سرمایش و گرمایش کارخانه فرآیند

جدیدترین مقالات
مدیریت
0 دیدگاه
مقالات مرتبط

انواع بویلر ها و کاربرد انها

انواع مختلفی از دیگهای بخار برای کاربردهای مختلف گرمایشی و صنعتی استفاده می ش...
مدیریت
0 دیدگاه

روش های تبدیل  انرژی خورشیدی به انرژی...

     سلولهای فتوولتایک:  سلولهای فتوولتایک ، که به عنوان ...
مدیریت
0 دیدگاه
مکانیک سیالات

کاربردهای اصلی مکانیک سیالات

مکانیک سیالات کاربردهای گسترده ای در زمینه های مختلف دارد. در اینجا برخی از ر...
مدیریت
0 دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *