مبدل حرارتی جریان متقاطع چیست؟
مبدل حرارتی جریان متقاطع یک مبدل حرارتی است که گرما را از یک سیال به سیال دیگر در AHU (هواساز) منتقل می کند. مبدل جریان متقاطع دارای جهت جریان عمودی است.
برخلاف مبدل حرارتی دوار، مبدل حرارتی جریان متقاطع رطوبت را منتقل نمی کند. این مبدل های حرارتی همچنین خطر اتصال کوتاه جریان هوا را ندارند.
مبدل های حرارتی جریان متقاطع در سیستم های تهویه و خنک کننده استفاده می شوند که در آن گرما باید از یک جریان هوا به جریان دیگر منتقل شود. این مبدل های حرارتی معمولا شامل صفحه فلزی نازک از جنس آلومینیوم هستند. از این پنل ها برای تبادل انرژی حرارتی یا گرما استفاده می شود.
مبدل های حرارتی معمولی دارای سطح مقطع مربع هستند. راندمان حرارتی مبدل حرارتی متقاطع معمولی از 40٪ تا 65٪ است. اگر به راندمان حرارتی بالاتری نیاز دارید (یعنی تا 75٪ تا 85٪)، می توانید از مبدل حرارتی جریان متقاطع دوگانه یا جریان ناهمسو استفاده کنید.
مبدل حرارتی پوسته و لوله نمونه ای از مبدل های جریان متقاطع است. در این مبدل، یک سیال در داخل لوله ها حرکت می کند و دیگری در اطراف لوله در بخش پوسته حرکت می کند. سیال اطراف لوله با زاویه 90 درجه نسبت به سیال داخل لوله جریان دارد.
این نوع مبدل های حرارتی بیشتر در سیستم های دو فاز استفاده می شوند. نمونه دیگری از این مبدل، کندانسوری است که برای سیستم بخار استفاده می شود. در این مبدل بخار از لوله ای در بخش پوسته عبور میکند و به فاز مایع تبدیل میشود. در طی این فرآیند مبدل حرارتی مقدار زیادی بخار را متراکم می کند.
مبدل های حرارتی پوسته و لوله برای تمام جهات جریان ها مانند جریان متقاطع، جریان ناهمسو و جریان موازی موجود هستند. تصویر زیر جهت های جریان مختلف را در مبدل های پوسته و لوله نشان می دهد.
مبدل حرارتی صفحه ای پرده دار نمونه دیگری از جریان متقاطع است. مبدل صفحه ای پره دار دارای پره های متعددی است که بین صفحات موازی قرار گرفته اند و سیال توسط این باله ها جریان می یابد. این پره ها باعث افزایش سطح انتقال حرارت و افزایش سرعت انتقال حرارت می شود. باله ها طراحی های مختلفی مانند مشبک، موج دار، مثلثی یا مستطیلی دارند.
انواع مبدل های حرارتی جریان متقاطع
مبدل های حرارتی جریان متقاطع در سراسر جهان استفاده می شوند. این مبدل های حرارتی بر اساس پره های موجود در سیستم تقسیم بندی می شوند. مبدل حرارتی جریان متقاطع دارای دو نوع اصلی زیر است:
1. مبدل حرارتی جریان غیر مخلوط
2. مبدل حرارتی جریان مخلوط
1) مبدل حرارتی جریان مخلوط
مبدل حرارتی مخلوط جریان متقاطع به عنوان یک مبدل حرارتی بدون پره نیز شناخته می شود زیرا فاقد پره است (همانطور که در تصویر زیر نشان داده شده است).
در این مبدل حرارتی، سیال به صورت عمود بر لوله ها و در بخش پوسته روی لوله ها جریان پیدا می کند. در این نوع، جریان آشفته سیال می تواند رخ دهد. این جریان آشفته به افزایش ضریب انتقال حرارت کمک می کند. این مبدل افت فشار کمتری نسبت به انواع مبدل های حرارتی جریان متقاطع دارد.
2) مبدل حرارتی جریان غیر مخلوط
مبدل حرارتی جریان غیرمخلوط به عنوان مبدل حرارتی پره دار نیز شناخته می شود زیرا دارای پره هایی است که در اطراف لوله ها نصب شده است تا مایع بر روی لوله ها جریان یابد. این پره ها به افزایش سرعت انتقال حرارت کمک می کنند زیرا سطح موثر انتقال حرارت را افزایش می دهند.
با این حال، این مبدل ها افت فشار بالایی در سیستم دارند. به علاوه این مبدل ها به دلیل اضافه شدن پره ها دارای هزینه و وزن بالایی هستند.
طراحی مبدل حرارتی جریان متقاطع
ساخت مبدل حرارتی جریان متقاطع به دو سیال اجازه می دهد تا به صورت عمود بر یکدیگر حرکت کنند. این مبدل معمولا زمانی استفاده می شود که یک سیال گاز و دیگری مایع باشد.
برای مثال، در رادیاتور خودرو، هوایی که به سمت بالا و پایین حرکت می کند، مایع داغی را که از سمتی به سمت دیگر جریان مییابد خنک میکند. این مبدل حرارتی در کندانسورهای بخار که در آن مایعات در پایان فرآیند به گاز تبدیل می شوند بسیار معمولی هستند.
مزایا و معایب مبدل های حرارتی جریان متقاطع
در یک مبدل حرارتی جریان متقاطع، سیال سرد و سیال گرم نسبت به یکدیگر به صورت عمودی جریان دارند. این معمولا یک روش راحت برای نصب درگاه های خروجی و ورودی در یک پکیج کوچک است. این مبدل یکی از کارآمدترین طراحی ها نسبت به مبدل های حرارتی موازی است.
از دیدگاه ترمودینامیکی، مبدل های حرارتی با جریان متقاطع دارای راندمان بیشتری نسبت به مبدل های حرارتی جریان ناهمسو و مبدل های حرارتی موازی هستند.
مبدل های جریان متقاطع LMTD بالاتری نسبت به مبدل های حرارتی جریان موازی دارند. در یک دبی جریان و دمای ورودی و خروجی معین، مبدلهای جریان متقاطع به سطح جریان کمتری نسبت به مبدلهای جریان موازی نیاز دارند.
با توجه به این دلایل، مبدل های حرارتی جریان موازی زیاد کاربرد ندارند. بنابراین، مبدل های حرارتی جریان متقاطع متداول ترین مبدل های مورد استفاده هستند، زیرا تامین اتصالات هدر خروجی و ورودی در این مبدل آسان تر است.
این مبدل های حرارتی طراحی فشرده ای دارند. ساخت مبدل حرارتی جریان متقاطع چند پاس نسبت به مبدل های حرارتی جریان ناهمسو و موازی آسان است.
کاربردهای مبدل حرارتی جریان متقاطع
1. مبدل های حرارتی جریان متقاطع در یخچال ها استفاده می شوند.
2. در صنایع خنک کننده نیز مورد استفاده قرار می گیرند.
3. برای رادیاتور اتومبیل استفاده می شوند.
4. این مبدل حرارتی به عنوان کندانسور در سیستم بخار به کار می روند.