نبذة عن مبدأ عمل مبدلات الحرارة ذات الأنابيب الملولبة

Thread Content

أنبوب التبادل الحراري الحلزوني المسطح هو نوع من أنابيب التبادل الحراري اقترحته أولاً شركة Allares السويسرية، وقامت بتحسينه شركة Brown الأمريكية (شركة Brown في هيوستن). بسبب البنية الفريدة للأنابيب، يتدفق السائل داخلها بشكل حلزوني، مما يزيد من درجة التيار المضطرب. تُظهر الدراسات التجريبية أن معامل نقل الحرارة في الطبقة الداخلية للأنابيب الحلزونية المسطحة يكون عادةً أعلى بكثير منه في الأنابيب الدائرية العادية، ويكون هذا الفرق واضحًا بشكل خاص عند قيم رينولدز المنخفضة، حيث يصل إلى 2–3 أضعاف ； مع زيادة عدد رينولدز، يمكن عادةً أيضًا رفع معامل نقل الحرارة بأكثر من 50%. 　　تتم عملية التصنيع أولاً بضغط الأنبوب الدائري حتى يصبح مسطحًا، ثم تشكيله على شكل حلزوني. يقوم الدكتور ليو آلونغ من شركة جيجيانغ هوانتشن للتكنولوجيا بإجراء أبحاث وتحليلات؛ حيث يتم ترتيب الأنابيب بطريقة معينة أثناء تركيبها لتشكيل مجموعة من الأنابيب، ولا تحتوي هذه المجموعة على أي دعامات، بل تعتمد فقط على نقاط التلامس بين الخطوط الحلزونية الموجودة على الحافة الخارجية للأنابيب الحلزونية لدعم بعضها البعض. في الأنابيب، يؤدي التدفق الحلزوني للسائل إلى زيادة مستوى التيارات التيارية فيه، مما يقلل من سمك الطبقة الداخلية التي تشكل عائقًا أمام نقل الحرارة، وبالتالي يتم تعزيز عملية نقل الحرارة داخل الأنبوب. في المسار الخارجي، ونظرًا لأن ممرات التدفق بين الأنابيب الملولبة السطحية تكون أيضًا على شكل حلزوني، فإن السائل أثناء حركته بينها يتأثر بقوة الطرد المركزي مما يؤدي إلى تغير سرعته واتجاهه بشكل دوري، وبالتالي يتحسن الخلط الطولي للسائل. علاوة على ذلك، عندما يمر السائل عبر نقاط التلامس الحلزونية بين الأنابيب المتجاورة، يتكون تيار خلفي ينفصل عن جدار الأنبوب، مما يزيد من درجة التيارات التيارية داخل السائل نفسه، ويدمر طبقة نقل الحرارة على جدار الأنبوب، وبالتالي يتم تعزيز عملية نقل الحرارة في المسار الخارجي للأنبوب أيضًا. نتيجة لتعزيز نقل الحرارة داخل الأنبوب وخارجه في نفس الوقت، يزداد كفاءة نقل الحرارة بشكل كبير مقارنة بمبادلات الحرارة من النوع الأنبوبي التقليدي، ويكون التأثير أكثر وضوحًا خاصة في عمليات نقل الحرارة التي يكون فيها لزوجة السائل عالية، ويحدث تدفق راكد في أحد الجانبين أو كلاهما. تتمتع مبادلات الحرارة المصنوعة باستخدام أنابيب التبادل هذه بالمزايا التالية: 1. انخفاض في الضغط، 2. كفاءة عالية في نقل الحرارة، 3. صعوبة تكون الرواسب، 4. عدم حدوث انسدادات. وهذا يتجاوز عيوب مبادلات الحرارة التقليدية، مما يجعلها أفضل جهاز لاستخلاص الحرارة المتبقية عند درجات حرارة منخفضة. كما أن استخدام هذه المبادلات في معالجة المياه فعال للغاية، مما يجعلها الخيار الأمثل لمبادلات الحرارة.