مبادلات حرارية ملحومة ذات معامل تبادل حراري عالي

1. المفاهيم الأساسية لانتقال الحرارة.

تنتقل الحرارة دائمًا من الأجسام ذات درجة الحرارة المرتفعة إلى الأجسام ذات درجة الحرارة المنخفضة, وكلما زاد الفرق في درجات الحرارة بينهما, كلما زادت سرعة نقل الحرارة. عندما يكون الفرق في درجات الحرارة صفراً, توقف نقل الحرارة.
هناك ثلاث طرق أساسية لنقل الحرارة: إشعاع, التوصيل والحمل الحراري.
تنتقل الحرارة المشعة إلى الخارج على شكل موجات كهرومغناطيسية.
التوصيل الحراري هو التبادل الحراري الذي يحدث عندما تتلامس الأشياء بشكل مباشر. من أجل تحسين تأثير نقل الحرارة للمبادل الحراري, المواد ذات التوصيل الحراري الجيد مثل النحاس, الألومنيوم, إلخ. غالبا ما تستخدم. يتمتع الفولاذ المقاوم للصدأ أيضًا بأداء جيد في نقل الحرارة.
الحمل الحراري هو عملية يتم فيها نقل الحرارة عن طريق الحركة النسبية للجزيئات بعد تسخين السائل نفسه.
في عملية نقل الحرارة لمبادل حراري, غالبًا ما تحدث عدة طرق لنقل الحرارة في نفس الوقت.
لأن كمية نقل الحرارة من نقل الحرارة بالحمل الحراري كبيرة وسهلة التحكم, إنها الطريقة الرئيسية لنقل الحرارة في المبادلات الحرارية.

الصيغ الأساسية للتوصيل الحراري ونقل الحرارة بالحمل الحراري هي: س = كا(تيراغرام-تد)

في الصيغة, س هو انتقال الحرارة, الوحدة هي كيلوواط
K هو معامل انتقال الحرارة, الوحدة W/m2 درجة مئوية
A هي منطقة نقل الحرارة للمبادل الحراري
Tg هي درجة الحرارة على جانب درجة الحرارة المرتفعة
Td هي درجة الحرارة على جانب درجة الحرارة المنخفضة

يتغير الفرق في درجات الحرارة بين درجات الحرارة العالية والمنخفضة فعليًا, لذلك عمليًا، يتم استخدام متوسط ​​فرق درجة الحرارة اللوغاريتمي Δt ​​لحسابه.

2. نوع المبادل الحراري.

هناك العديد من طرق التصنيف, لكن طريقة التصنيف الأكثر أهمية هي التصنيف حسب الشكل الهيكلي:

1. قذيفة وأنبوب مبادل حراري: هذا هو أقدم مبادل حراري, ولكنه أيضًا المبادل الحراري الأكثر موثوقية وعملية.

كما هو مبين في الشكل أدناه, هذا هو المبخر الجاف الأنبوبي على شكل حرف U والذي يستخدم غالبًا في أنظمة التبريد. يتدفق المبرد داخل الأنبوب والماء (المبرد الثانوي) يتدفق خارج الأنبوب.

يدخل سائل التبريد من الجزء السفلي من غطاء الطرف الأيسر, يتبخر بعد المرور عبر الأنبوب على شكل حرف U, ويتحول إلى غاز التبريد ويخرج من الجزء العلوي لغطاء الطرف الأيسر.

من أجل زيادة معدل تدفق المياه (المبردات) وجعل المبرد يتلامس بشكل أفضل مع الجدار الخارجي للأنبوب, يتم تثبيت الحواجز في غلاف المبادل الحراري ذو الغلاف والأنبوب.

2. غلاف وأنبوب مبادل حراري: يتم استخدام نوعين من الأنابيب بأقطار مختلفة, التي يتم تكديسها وجرحها في ملف أفعواني أو دائري. يتدفق سائل التبريد خارج الأنبوب ويتدفق الماء داخل الأنبوب. إنها منخفضة التكلفة, لكنه يعمل بشكل متقطع.

3. صفيحة تبادل حرارة: إنه مبادل حراري فعال وصغير الحجم تم تطويره واستخدامه على نطاق واسع في العقود الأخيرة. وتتكون من سلسلة من المعادن الرقيقة المتوازية مع بعضها البعض ولها أسطح مموجة. تحت نفس استهلاك المعادن, مساحة نقل الحرارة للمبادلات الحرارية اللوحية أكبر بكثير من مساحة المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب. لأن تدفق السوائل في القنوات المموجة بين ألواح التبادل الحراري يمكن أن يسبب اضطرابات شديدة, معامل نقل الحرارة كبير. للمبادلات الحرارية ذات الألواح السائلة والسائلة, يمكن أن يصل معامل نقل الحرارة إلى 2500-7000 واط/(㎡·درجه مئوية), الذي 2-4 مرات أعلى من نوع القشرة والأنبوب. عندما تتبادل السوائل الساخنة والباردة الحرارة في تيار معاكس, يمكن الحصول على درجات حرارة قريبة جدًا. تستخدم المبادلات الحرارية اللوحية على نطاق واسع في القطاعات الصناعية مثل الطاقة الحرارية, طعام, الدواء, صنع النبيذ, المشروبات, ألياف صناعية, المعادن والمواد الكيميائية, ومع التحسينات في شكل اللوحة وبنيتها, مجالات تطبيقه تتوسع بشكل أكبر.

هناك نوعان من المبادلات الحرارية للوحة: النوع المجمع والنوع النحاسي المتكامل. يتكون النوع المجمع من عدة ألواح معدنية مموجة مضغوطة لنقل الحرارة, مع فتحات الزاوية في الزوايا الأربع, كما هو مبين في الشكل 6-33. يتم فصل الألواح المجاورة بواسطة حشوات مانعة للتسرب خاصة, بحيث تتدفق السوائل الباردة والساخنة من فتحة زاوية واحدة على التوالي, يتدفق بين اللوحات على فترات على طول قنوات التدفق التي تحددها الحشيات والتموجات, ثم تتدفق من الجانب الآخر. يتدفق ثقب زاوية قطري, كما هو مبين في الشكل 6-34. يتميز المبادل الحراري للوحة المجمعة بكونه سهل الفك والتنظيف, لكن مقاومتها للضغط محدودة. شكل 6-35 يظهر مبادل حراري للوحة ملحومة بشكل متكامل. لوحات هذا النوع من المبادلات الحرارية للوحة هي نفس لوحات النوع المجمع. نهايات الصفائح ملحومة بشكل متكامل. لديها قدرة تحمل الضغط العالي, لكنه غير مريح للتنظيف. يجب عليك الانتباه عند استخدامه. تأكد من أن السائل نظيف. عمومًا, إن قدرة التبادل الحراري لمبادل حراري نحاسي متكامل أصغر من قدرة المبادل الحراري المجمع.

لوحات نقل الحرارة هي المكونات الأساسية للمبادلات الحرارية للوحة. تتداخل كل لوحة نقل الحرارة بترتيب معين لتشكل قناة تدفق بين اللوحات. تتدفق السوائل الباردة والساخنة في قنوات التدفق الخاصة بها على جانبي اللوحة وتمر عبر اللوحة. يتم تبادل الحرارة بين الرقائق, كما هو مبين في الشكل 6-34. سطح اللوحة مموج, ويكون اتجاه تدفق السائل متعامدًا مع التموجات, أو بزاوية ميل معينة.

تؤثر الأشكال المختلفة للألواح بشكل مباشر على معامل نقل الحرارة, مقاومة التدفق ومقاومة الضغط. عادة ما تكون مادة الألواح من الفولاذ المقاوم للصدأ. في الوقت الحالي, تعتمد ألواح التبادل الحراري في الغالب على شكل متعرج, كما هو مبين في الشكل 6-35. لقد تم الإبلاغ عن أن المبادلات الحرارية اللوحية المجمعة تستخدم كمكثفات ومبخرات في مبردات امتصاص بروميد الليثيوم, في حين تم استخدام المبادلات الحرارية النحاسية المتكاملة على نطاق واسع في وحدات المضخات الحرارية ذات مصدر المياه الصغيرة كمبخرات.

1. يسمى تحول المادة من السائل إلى البخار بالتبخر, وتسمى المكونات ذات الصلة المبخرات; ويسمى التحول من البخار إلى السائل التكثيف.
يسمى المكون المرتبط بالمكثف.
مطلوب الكثير من الحرارة في هذه التغييرات.

لقد شهدنا جميعًا ذلك عندما يتبخر الكحول على بشرتنا, نشعر بالبرد. هذا هو التبخر, وهو التبريد.

على سبيل المثال, 1 يتم تسخين كيلوغرام من الماء من 50 درجة مئوية إلى 90 درجة مئوية. لا يوجد تغيير في الدولة. الحرارة المطلوبة هي:
س=1(كلغ)×1(سعر حراري/كجم. درجة مئوية) س(90-50درجة مئوية)=40 كيلو كالوري = 40×1.163=46.52 واط
لكن تحول 1 يتطلب تحويل كيلوغرام من الماء عند 100 درجة مئوية إلى بخار ماء عند 100 درجة مئوية 838.8 سعر حراري = 838.8x1.163 = 9116.5 سعرات حرارية.
والفرق هو 20.97 مرات.
وتسمى هذه الحرارة "الحرارة الكامنة"
على سبيل المثال, الحرارة الكامنة لتبخير السائل R22 هي 48.51 سعر حراري/كجم, والحرارة النوعية للغاز R22 هي 0.157 سعر حراري/كجم درجة مئوية.
لذلك, الحرارة الممتصة أثناء التبخر 1 كجم من R22 من 2 درجة مئوية إلى 7 درجات مئوية:
س=48.51 سعرة حرارية/كجم+0.157 سعرة حرارية/كجم درجة مئوية(7-2)درجة مئوية = 48.51 + 0.785 = 49.3 سعرة حرارية / كجم
ومن الواضح أن الحرارة الكامنة في الوسط هي الحرارة الرئيسية, حساب ل 98%.
من أجل جعل نظام التبريد صغيرا, ويجب استخدام الحرارة الكامنة

2. دورة التبريد.

يتم تقليل ضغط سائل التبريد في المبخر ويتبخر باستمرار إلى بخار. في نفس الوقت, فهو يمتص الحرارة بشكل مستمر من الوسط المحيط, مما يؤدي إلى انخفاض درجة حرارة الوسط.

يتم امتصاص أبخرة التبريد هذه في الضاغط وضغطها, زيادة الضغط ودرجة الحرارة, إنه, تحويل العمل إلى حرارة. ثم يتم تفريغها في المكثف لتبديد الحرارة والتكثيف في سائل التبريد.

تدخل سوائل التبريد هذه إلى صمام الخانق, خنق وخفض الضغط, ويتبخر بعد دخوله المبخر...

طالما استمر الضاغط في العمل وأداء العمل على مادة التبريد, سوف يستمر المبرد في التبخر في المبخر ويمتص الحرارة بشكل مستمر من الوسط المحيط, وبالتالي تحقيق الغرض من التبريد.

3. كيف يعمل المبادل الحراري للوحة النحاسية في نظام التبريد?

دليل تشغيل اللحام

دليل تركيب المبادل الحراري النحاسي 1

دليل تركيب المبادل الحراري النحاسي 2