فناوری تولید【موضوع هفتگی】: پرسش و پاسخ درباره طراحی اختلاطکنندهها (۲۴-۳۰ ژانویه ۲۰۱۱)
Thread Content
آخرین بار این پست توسط «بنبن شوان» در تاریخ ۲۴-۱-۲۰۱۱ ساعت ۰۹:۳۹ ویرایش شد. چرا در طراحی رادیاتورها اغلب از روش جریان معکوس استفاده میشود؟ یادداشت: ۱. شرکت در آن پاداشدار است ； ۲. پس از پاسخ دادن، لطفاً ویرایش نکنید. ۳. پاسخهای صحیح، تحلیلهای دقیق و منطقی، جذابیت بیشتری دارند و به عنوان هدیه ارائه میشوند.
زیرا این یک الزام فنی است؛ محیط سرد باید دمایش افزایش یابد و محیط گرم باید دمایش کاهش یابد. همچنین، این یک الزام مکانیکی نیز هست؛ چرا که باعث تقویت جریان همرفتی و کاهش مقاومت میشود. مگر در صورت نیاز به فرآیندهای ویژه، در این صورت به صورت موازی هستند.
پاسخ به ۱# shmily327 عملیات مخالف جریان: نیروی هل دهنده زیاد، سطح انتقال حرارت مورد نیاز کم； کاهش مقدار حامل گرما.
در اختلاطکنها، همزمان با انتقال گرما، دمای سیالات سرد و گرم نیز تغییر میکند. به عنوان مثال، در اختزاعکنندههای تغییری، دمای هوا از ۳۰ درجه سانتیگراد به -۱۷۲℃ ； دمای نیتروژن آلوده از -۱۷۵ درجه سانتیگراد به ۲۸ درجه سانتیگراد افزایش یافت. بنابراین، در مقاطع مختلف سطح انتقال حرارت، تفاوت دمایی بین سیالات سرد و گرم نیز به طور مداوم در حال تغییر است. در محاسبات انتقال حرارت، معمولاً از یک تفاوت دمای متوسط برای نمایش تفاوت دمایی بین سیالات سرد و گرم در کل اختلاطکن استفاده میشود. میزان تفاوت دمای متوسط، به جهت نسبی جریان سیالات سرد و گرم بستگی دارد. جریان دو سیال به صورت موازی و در یک جهت، «جریان همراستا» نامیده میشود“ ； جریان موازی و معکوس، «جریان معکوس» نامیده میشود” ； جریانهای عمودی متقاطع، «جریانهای تقاطعی» نامیده میشوند. در شرایطی که ویژگیها، دبی، دمای ورودی/خروجی و سطح تبادل حرارت مایعات سرد و گرم یکسان باشد، در پیکربندی جریان معکوس، بیشترین تفاوت دمای متوسط بین مایعات سرد و گرم وجود دارد؛ پس از آن پیکربندی جریان متقابل و در نهایت پیکربندی جریان موازی کمترین تفاوت دمای متوسط را دارند. در شرایط دیگر یکسان، هرچه تفاوت دمای متوسط بیشتر باشد، مقدار انتقال حرارت نیز بیشتر خواهد بود و کارایی انتقال حرارت بهتر خواهد بود. برای انتقال همان مقدار گرما، سطح مورد نیاز برای انتقال حرارت کاهش مییابد. علاوه بر این، در یک اختلاطکن، دمای سیال گرم در همان مقطع، حتماً بالاتر از دمای سیال سرد است؛ و در صورت استفاده از چیدمان جریان موازی، دمای نهایی سیال گرم در خروجی، همچنان باید بالاتر از دمای نهایی سیال سرد در خروجی باشد ； در حالی که با استفاده از چیدمان جریان معکوس، دمای خروجی سیال گرم میتواند بسیار پایینتر از دمای خروجی سیال سرد باشد. این همان وضعیت مبدل حرارتی اصلی است. بنابراین، هنگام طراحی اختلاطکنها، جهت جریان سیالات سرد و گرم عمدتاً به صورت جریان معکوس در نظر گرفته میشود.
در حالت جریان معکوس، تفاوت دمای ورودی و خروجی زیاد است که باعث افزایش بازده انتقال حرارت و بهبود کارایی آن میشود.
محیط سرد نیاز به افزایش دما دارد، در حالی که محیط گرم نیاز به کاهش دما دارد: همچنین، از نظر مکانیکی نیز لازم است تا جریان هوا تقویت شده و مقاومت کاهش یابد.
۱) در اختلاطکنها، همزمان با انتقال گرما، دمای سیالات سرد و گرم نیز تغییر میکند. به عنوان مثال، در اختزاعکنندههای تغییری، دمای هوا از ۳۰ درجه سانتیگراد به -۱۷۲℃ ； دمای نیتروژن آلوده از -۱۷۵ درجه سانتیگراد به ۲۸ درجه سانتیگراد افزایش یافت. بنابراین، در مقاطع مختلف سطح انتقال حرارت، تفاوت دمایی بین سیالات سرد و گرم نیز به طور مداوم در حال تغییر است. در محاسبات انتقال حرارت، معمولاً از یک تفاوت دمای متوسط برای نمایش تفاوت دمایی بین سیالات سرد و گرم در کل اختلاطکن استفاده میشود. ۲) میزان تفاوت دمای متوسط، به جهت نسبی جریان سیالات سرد و گرم بستگی دارد. جریان دو سیال به صورت موازی و در یک جهت، «جریان همراستا» نامیده میشود” ； جریان موازی و معکوس، «جریان معکوس» نامیده میشود” ； جریانهای عمودی متقاطع، «جریانهای تقاطعی» نامیده میشوند. در شرایطی که ویژگیها، دبی، دمای ورودی/خروجی و سطح تبادل حرارت مایعات سرد و گرم یکسان باشد، در پیکربندی جریان معکوس، بیشترین تفاوت دمای متوسط بین مایعات سرد و گرم وجود دارد؛ پس از آن پیکربندی جریان متقابل و در نهایت پیکربندی جریان موازی کمترین تفاوت دمای متوسط را دارند. در شرایط دیگر یکسان، هرچه تفاوت دمای متوسط بیشتر باشد، مقدار انتقال حرارت نیز بیشتر خواهد بود و کارایی انتقال حرارت بهتر خواهد بود. برای انتقال همان مقدار گرما، سطح مورد نیاز برای انتقال حرارت کاهش مییابد. ۳) در یک مقطع مشخص در تبادلکننده حرارت، دمای سیال گرم همواره بالاتر از دمای سیال سرد است؛ اگر طرح جریان به صورت موازی باشد، دمای نهایی سیال گرم در خروجی نیز باید بالاتر از دمای نهایی سیال سرد در خروجی باشد ； در حالی که با استفاده از چیدمان جریان معکوس، دمای خروجی سیال گرم میتواند بسیار پایینتر از دمای خروجی سیال سرد باشد. این همان وضعیت مبدل حرارتی اصلی است. بنابراین، هنگام طراحی اختلاطکنها، جهت جریان سیالات سرد و گرم عمدتاً به صورت جریان معکوس در نظر گرفته میشود.
در شرایطی که ویژگیها، دبی، دمای ورودی و خروجی و مساحت سطح تبادل حرارت مایعات سرد و گرم یکسان باشد، در پیکربندی جریان مخالف، بیشترین تفاوت دمای متوسط بین مایعات سرد و گرم وجود دارد. در شرایط دیگر یکسان، هرچه تفاوت دمای متوسط بیشتر باشد، مقدار انتقال حرارت نیز بیشتر خواهد بود و کارایی تبادل حرارت بهتر خواهد بود. برای انتقال همان مقدار گرما، سطح مورد نیاز برای انتقال حرارت کاهش مییابد. علاوه بر این، با استفاده از چیدمان جریان معکوس، دمای خروجی سیال گرم میتواند بسیار پایینتر از دمای خروجی سیال سرد باشد.
نیروی محرکه بالا، سطح انتقال حرارت مورد نیاز کم، کاهش میزان حامل حرارت
جریان معکوس، نیروی محرکه انتقال حرارت را افزایش داده، سطح تبادل حرارت را کاهش میدهد و هزینههای عملیاتی و سرمایهگذاری در تجهیزات را کم میکند!
نیروی محرکه بالا، سطح تبادل حرارت مورد نیاز کم، و قادر به کاهش مقدار حامل حرارت است.