كيفية حساب معاملات نقل الحرارة للمبادلات الحرارية من النوع اللوحي - الصدفي؟

مرحبًا يا من هناك! باعتباري موردًا للمبادلات الحرارية من النوع اللوحي - الصدفي، غالبًا ما يتم سؤالي عن كيفية حساب معاملات نقل الحرارة لهؤلاء الأولاد الأشرار. إنه جانب بالغ الأهمية، خاصة إذا كنت تتطلع إلى تحسين أداء المبادل الحراري الخاص بك. لذلك، دعونا نتعمق في الأمر ونقسمه خطوة بخطوة.

فهم الأساسيات

أولا، علينا أن نفهم ما هي معاملات انتقال الحرارة. بعبارات بسيطة، معامل نقل الحرارة هو مقياس لمدى قدرة المادة أو النظام على نقل الحرارة. بالنسبة للمبادلات الحرارية من النوع اللوحي، يتعلق الأمر بمدى كفاءة انتقال الحرارة من سائل إلى آخر عبر الألواح.

هناك نوعان رئيسيان من معاملات نقل الحرارة التي نهتم بها: معامل نقل الحرارة الإجمالي (U) ومعاملات نقل الحرارة الفردية للسوائل الساخنة والباردة (h₁ وh₂). يأخذ معامل نقل الحرارة الإجمالي في الاعتبار جميع مقاومات نقل الحرارة في النظام، بما في ذلك التوصيل عبر الألواح والحمل الحراري على جانبي الألواح.

العوامل المؤثرة على معاملات انتقال الحرارة

قبل أن نبدأ في الحساب، من المهم معرفة العوامل التي يمكن أن تؤثر على معاملات انتقال الحرارة.

خصائص السوائل

تلعب خصائص السوائل المتدفقة عبر المبادل الحراري دورًا كبيرًا. أشياء مثل الكثافة واللزوجة والحرارة النوعية والتوصيل الحراري كلها مهمة. على سبيل المثال، السائل ذو الموصلية الحرارية العالية سوف ينقل الحرارة بسهولة أكبر، مما يؤدي إلى ارتفاع معامل نقل الحرارة.

معدل التدفق

تعد السرعة التي تتدفق بها السوائل عبر المبادل الحراري أمرًا بالغ الأهمية أيضًا. بشكل عام، تؤدي معدلات التدفق المرتفعة إلى ارتفاع معاملات نقل الحرارة لأنها تزيد من اضطراب السوائل. يساعد الاضطراب على مزج السوائل وجعل السوائل الطازجة أو الساخنة أو الباردة تتلامس مع الصفائح، مما يعزز نقل الحرارة.

هندسة اللوحة

يمكن أن يكون لتصميم الألواح الموجودة في المبادل الحراري تأثير كبير على معاملات نقل الحرارة. سمك اللوحة، ومساحة السطح، ونمط التموجات على اللوحات كلها تؤثر على كيفية تدفق السوائل وكيفية نقل الحرارة. على سبيل المثال، توفر الألواح ذات مساحة السطح الأكبر مساحة أكبر لنقل الحرارة، مما قد يزيد من معامل نقل الحرارة.

حساب معاملات انتقال الحرارة الفردية

لنبدأ بالنظر في كيفية حساب معاملات نقل الحرارة الفردية للسوائل الساخنة والباردة. هناك عدة طرق للقيام بذلك، ولكن إحدى الطرق الأكثر شيوعًا هي استخدام الارتباطات التجريبية.

كما سبق - معادلة بولتر

تعتبر معادلة Dittus-Boelter بمثابة ارتباط معروف جيدًا للتدفق المضطرب في الأنابيب، ويمكن أيضًا تطبيقها على المبادلات الحرارية من نوع اللوحة ذات الغلاف في ظل ظروف معينة. يتم إعطاء المعادلة بواسطة:

لا = 0.023 Re⁰.⁸ Prⁿ

حيث Nu هو رقم نسلت، وRe هو رقم رينولدز، وPr هو رقم براندتل، ويعتمد n على ما إذا كان السائل يتم تسخينه أو تبريده. للتدفئة، ن = 0.4، وللتبريد، ن = 0.3.

ويرتبط رقم نسلت بمعامل انتقال الحرارة (h) بالمعادلة:

Nu = hL/k

حيث L هو الطول المميز (بالنسبة للصفائح، يمكن أن يكون القطر الهيدروليكي لقناة التدفق) وk هو التوصيل الحراري للسائل.

بمجرد حساب رقم نسلت، يمكنك إيجاد معامل انتقال الحرارة (h).

رقم رينولدز

رقم رينولدز (Re) هو رقم بلا أبعاد يساعد في تحديد نظام التدفق (الصفحي أو المضطرب). يتم حسابها على النحو التالي:

إعادة = ρvL/م

حيث ρ هي كثافة السائل، v هي سرعة السائل، L هو الطول المميز، و μ هي اللزوجة الديناميكية للسائل.

رقم براندتل

رقم Prandtl (Pr) هو رقم آخر بدون أبعاد يربط انتشار الزخم بالانتشار الحراري للسائل. يتم حسابها على النحو التالي:

العلاقات العامة = μCp/ك

حيث Cp هي الحرارة النوعية للسائل عند ضغط ثابت.

حساب معامل انتقال الحرارة الكلي

بمجرد أن نحصل على معاملات نقل الحرارة الفردية للسوائل الساخنة والباردة (h₁ وh₂)، يمكننا حساب معامل نقل الحرارة الإجمالي (U). يأخذ معامل انتقال الحرارة الإجمالي في الاعتبار مقاومة انتقال الحرارة على جانبي الصفائح بالإضافة إلى مقاومة الصفائح نفسها.

صيغة معامل انتقال الحرارة الكلي هي:

1/U = 1/h₁ + δ/kₚ + 1/h₂

حيث δ هو سمك اللوحة و kₚ هي التوصيل الحراري لمادة اللوحة.

اعتبارات عملية

عند حساب معاملات نقل الحرارة في تطبيقات العالم الحقيقي، هناك بعض الأشياء التي يجب وضعها في الاعتبار.

قاذورات

القاذورات هي تراكم الرواسب على ألواح المبادل الحراري مع مرور الوقت. يمكن أن تعمل هذه الرواسب كمقاومة إضافية لنقل الحرارة، مما يقلل من معاملات نقل الحرارة. من المهم أن تأخذ في الاعتبار التلوث في حساباتك عن طريق تضمين عامل التلوث.

اللوحة - نوع الإطار مقابل اللوحة - نوع الصدفة

إذا كنت تفكر في أنواع مختلفة من المبادلات الحرارية، فقد ترغب في الاطلاع علىاللوحة - نوع الإطارواللوحة - نوع الصدفةخيارات. كل نوع له مزاياه وعيوبه عندما يتعلق الأمر بأداء نقل الحرارة.

خاتمة

يعد حساب معاملات نقل الحرارة للمبادلات الحرارية من النوع اللوحي والصدفي عملية معقدة ولكنها مهمة. من خلال فهم العوامل التي تؤثر على المعاملات واستخدام المعادلات والارتباطات الصحيحة، يمكنك تحسين أداء المبادل الحراري الخاص بك.

إذا كنت في السوق للحصول على مبادل حراري من النوع اللوحي عالي الجودة أو تحتاج إلى مزيد من المعلومات حول حسابات نقل الحرارة، فلا تتردد في التواصل معنا. نحن هنا لمساعدتك في اتخاذ القرار الأفضل لتطبيقك. سواء كنت تعمل في الصناعة الكيميائية، أو توليد الطاقة، أو أي مجال آخر يتطلب نقلًا فعالًا للحرارة، فإن المبادلات الحرارية من النوع اللوحي - الصدفي لدينا يمكنها تلبية احتياجاتك. اتصل بنا لبدء مناقشة الشراء ومعرفة كيف يمكننا العمل معًا لنقدم لك أفضل حل للمبادل الحراري.

مراجع

• إنكروبيرا، إف بي، وديويت، دي بي (2002). أساسيات نقل الحرارة والكتلة. جون وايلي وأولاده.
• كاكاك، س.، وليو، هـ. (2002). المبادلات الحرارية: الاختيار والتقييم والتصميم الحراري. الصحافة اتفاقية حقوق الطفل.