Hoe balanceert de Plate Fin Heat Exchanger de tegenstelling tussen de efficiëntie van de warmtewisseling en de drukval?

In Platenwarmtewisselaar is de balans tussen de efficiëntie van de warmtewisseling en de drukval een belangrijke ontwerpuitdaging. Meestal is er een antagonistische relatie tussen de efficiëntie van de warmtewisseling en de drukval, namelijk:

Het verbeteren van de efficiëntie van de warmtewisseling betekent meestal het vergroten van het warmtewisselingsoppervlak of het verbeteren van de turbulente eigenschappen van de vloeistof, waardoor de wrijvingsweerstand van de vloeistof toeneemt, wat resulteert in een toename van de drukval.

Het verminderen van de drukval vereist meestal het verminderen van de stromingsweerstand, zoals het vergroten van het stromingspad van de vloeistof, het verkleinen van het oppervlak van de vinnen of het veranderen van het ontwerp van het stroomkanaal, wat kan leiden tot een afname van de efficiëntie van de warmte-uitwisseling.

Hoe de tegenstelling tussen de efficiëntie van de warmtewisseling en de drukval in evenwicht te brengen:

Optimaliseer het vinontwerp
Vorm en opstelling van de vinnen: De vorm, dikte, afstand en opstelling van de vinnen hebben rechtstreeks invloed op de stroming en de warmte-uitwisselingsefficiëntie van de vloeistof. Het gebruik van golvende vinnen of spiraalvinnen kan bijvoorbeeld de turbulentie van de vloeistof vergroten, de efficiëntie van de warmtewisseling verbeteren en het stroompad complexer maken, waardoor de vloeistofverdeling wordt verbeterd. Een dergelijk ontwerp vergroot echter vaak de drukval, dus het is noodzakelijk om een ​​geschikt vinontwerp te vinden op basis van de specifieke vereisten van het systeem.

Keuze van de lamelafstand: Het vergroten van de lamelafstand kan de vloeistofweerstand verminderen en dus de drukval verminderen, maar een te grote afstand zal het warmtewisselingsoppervlak verkleinen en de efficiëntie van de warmtewisseling beïnvloeden. Daarom moet de afstand van de lamellen worden geoptimaliseerd in overeenstemming met de vraag naar warmtebelasting en de vloeistofstroomsnelheid.

Ontwerp en optimalisatie van stroomkanalen
Ontwerp van het vloeistofstroompad: In een platenwarmtewisselaar zullen de lengte en complexiteit van het vloeistofpad het drukverlies van de vloeistof beïnvloeden. Probeer er bij het ontwerpen voor te zorgen dat het vloeistofstroompad het warmtewisselingsoppervlak vergroot zonder al te veel stromingsweerstand te vergroten. Er kan bijvoorbeeld een verspringend stroomkanaalontwerp worden gebruikt om het contactoppervlak tussen de vloeistof en de vin te vergroten, terwijl een lage drukval behouden blijft.

Combinatie van parallelle en seriestroomkanalen: Door parallelle en seriestroomkanalen op een redelijke manier te combineren, kan de efficiëntie van de warmtewisseling worden gemaximaliseerd terwijl een lage drukval behouden blijft. Parallelle stroomkanalen kunnen de weerstand van de vloeistof die door elk kanaal stroomt verminderen, terwijl seriestroomkanalen helpen het warmte-uitwisselingsoppervlak te vergroten.

Vloeiende selectie en optimalisatie
Vloeistofeigenschappen: Het selecteren van een geschikte werkvloeistof, vooral rekening houdend met de viscositeit, dichtheid en thermische geleidbaarheid van de vloeistof, heeft een belangrijke invloed op het beheersen van de efficiëntie van de warmtewisseling en de drukval. Over het algemeen hebben vloeistoffen met een lage viscositeit een kleinere drukval wanneer ze in een warmtewisselaar stromen, maar hun thermische geleidbaarheid kan lager zijn, wat kan resulteren in een slechte warmte-uitwisselingsefficiëntie. Daarentegen kunnen vloeistoffen met een hoge viscositeit de efficiëntie van de warmtewisseling verbeteren, maar zijn ze gevoelig voor een groter drukverlies. Daarom is het noodzakelijk om de juiste vloeistof te selecteren op basis van het specifieke toepassingsscenario.

Gebruik een multi-vloeistofsysteem

Warmteoverdracht door meerdere vloeistoffen: In sommige toepassingen kan de drukval in elk vloeistofkanaal worden verminderd door warmteoverdracht door meerdere vloeistoffen te introduceren. Een ontwerp met gesplitste stroom kan bijvoorbeeld worden gebruikt om verschillende vloeistoffen in verschillende stroomkanalen te laten stromen om de drukval en het warmtewisselingseffect te optimaliseren.

Redelijke controle van de stroomsnelheid
Optimalisatie van de stroomsnelheid: Hoe groter de stroomsnelheid, hoe sterker het turbulentie-effect, hoe hoger de efficiëntie van de warmtewisseling, maar tegelijkertijd neemt ook de drukval toe. Daarom is het erg belangrijk om het debiet redelijk te kiezen. Meestal wordt het debiet van een platenwarmtewisselaar ingesteld tussen 1,5 en 4 m/s. Door het debiet te optimaliseren door middel van numerieke simulatie en experimenten, kan een evenwicht worden gevonden tussen de efficiëntie van de warmtewisseling en de drukval.

Gebruik efficiënte warmtewisselingsoppervlakken
Beheersing van de oppervlakteruwheid: Door het oppervlak te ontwerpen en te verbeteren (zoals het oppervlak opruwen, spuiten of bedekken met speciale coatings), kan het warmteoverdrachtsvermogen van het warmtewisselaaroppervlak worden vergroot, kan de thermische weerstand worden verminderd en kan de warmte-uitwisselingsefficiëntie worden verbeterd, terwijl het drukverlies van de stroming tot op zekere hoogte kan worden gecontroleerd.

Optimalisatie van de grootte van de warmtewisselaar
Tijdens het ontwerp kan het warmtewisselingsoppervlak worden vergroot door de warmtewisselaar groter te maken (het aantal vinnen en de lengte van het stroomkanaal te vergroten), maar een te grote maat kan resulteren in een overmatige drukval. Om de grootte te optimaliseren, moet het beste punt tussen de vraag naar warmte-uitwisseling en de toegestane drukval worden gevonden.

Om de tegenstelling tussen de efficiëntie van de warmtewisseling en de drukval in evenwicht te brengen, is het noodzakelijk om uitgebreid rekening te houden met factoren zoals het ontwerp van de lamellen, de optimalisatie van het stroomkanaal, de vloeistofkeuze en de regeling van de stroomsnelheid. Door numerieke simulatie, experimentele verificatie en systeemoptimalisatie kan de drukval binnen een acceptabel bereik worden gecontroleerd, terwijl aan de eisen voor warmtewisseling wordt voldaan. Deze optimalisatie is meestal een iteratief proces dat voortdurende aanpassing en verbetering van praktische toepassingen vereist.