بخش تخصصی انتقال حرارت: 【موضوع هفتگی】 انتقال‌کننده‌های حرارت چگونه حرارت را منتقل می‌کنند؟ (۲۷.۶.۲۰۱۱–۳.۷.۲۰۱۱)

آخرین بار، این پست توسط ray1513 در تاریخ ۲۰۱۱-۶-۲۷ ساعت ۱۲:۱۹ ویرایش شد. انتقال‌کننده حرارت، دستگاهی ویژه است که از اصل انتقال حرارت برای منتقل کردن بخشی از گرمای مایع گرم به مایع سرد استفاده می‌کند؛ به آن انتقال‌کننده حرارتی نیز گفته می‌شود. عوض‌کننده‌های حرارت بر اساس روش انتقال حرارت، به سه دسته تقسیم می‌شوند: عوض‌کننده‌های حرارت ترکیبی، عوض‌کننده‌های حرارت ذخیره‌ای و عوض‌کننده‌های حرارت دیواره‌ای. هیت‌ایکسچنجر ترکیبی، که به آن هیت‌ایکسچنجر تماسی نیز گفته می‌شود، نوعی هیت‌ایکسچنجر است که از طریق تماس مستقیم و مخلوط شدن سیالات سرد و گرم، انتقال حرارت را انجام می‌دهد. از طریق ترکیب دو جریان مایع و تبادل حرارت پس از آن، آن‌ها به موقع از هم جدا شده و در نتیجه تبادل حرارت صورت می‌گیرد. این نوع اختلاط‌کن‌ها برای انتقال حرارت بین دو سیال گازی و مایعی مناسب هستند. نحوه کار اختلاط‌کن‌های ذخیره‌کننده حرارت، از طریق سطح ماده ذخیره‌کننده حرارت در محفظه ذخیره‌سازی انجام می‌شود؛ سیالات سرد و گرم به نوبت از روی این سطح عبور کرده و در نتیجه انتقال انرژی حرارتی صورت می‌گیرد. در صنایع مختلفی مانند اتاق‌های ذخیره‌سازی گرما برای گرم کردن هوا در زیر کوره‌های کک‌سازی، مورد استفاده قرار می‌گیرد. این نوع اختلاط‌کن‌ها عمدتاً برای بازیابی و استفاده از گرمای گازهای خروجی داغ به کار می‌روند. دستگاه‌های مشابهی که با هدف بازیابی انرژی سرما عمل می‌کنند، «خنک‌کننده ذخیره‌ای» نامیده می‌شوند و اغلب در تجهیزات جداسازی هوا استفاده می‌گردند. عوض‌کننده‌های حرارتی دیواره‌ای، نوعی عوض‌کننده حرارتی هستند که در آن‌ها سیالات سرد و گرم توسط یک دیواره جامد از یکدیگر جدا شده و از طریق این دیواره، انتقال حرارت صورت می‌گیرد؛ به همین دلیل، به آن‌ها عوض‌کننده‌های حرارتی سطحی نیز گفته می‌شود. این نوع عوض‌کننده‌های حرارتی بیشترین کاربرد را دارند. جهت نسبی جریان مایع در اختلاط‌کن‌ها معمولاً دو نوع است: جریان موازی و جریان مخالف. در جهت جریان، تفاوت دمایی بین دو سیال در ورودی بیشترین مقدار را دارد و در طول سطح انتقال حرارت به تدریج کاهش می‌یابد تا در خروجی کمترین مقدار را به دست آورد. در جریان معکوس، توزیع تفاوت دمای دو سیال در امتداد سطح انتقال حرارت یکنواخت‌تر است. در شرایطی که دمای ورودی و خروجی سیالات سرد و گرم ثابت باشد، هنگامی که هر دو سیال فاقد تغییر فاز باشند، حداکثر تفاوت دمای متوسط در جریان معکوس و حداقل آن در جریان مستقیم است. در شرایطی که مقدار گرمای منتقل‌شده یکسان باشد، استفاده از جریان معکوس می‌تواند تفاوت دمای متوسط را افزایش دهد و سطح انتقال حرارت در اختلاط‌کن‌ها را کاهش دهد ； اگر سطح انتقال حرارت ثابت بماند، استفاده از جریان معکوس می‌تواند میزان مصرف سیال گرم‌کننده یا خنک‌کننده را کاهش دهد. نوع اول می‌تواند هزینه تجهیزات را کاهش دهد و نوع دوم می‌تواند هزینه‌های عملیاتی را کاهش دهد؛ بنابراین در طراحی یا تولید، باید تا حد امکان از انتقال حرارت معکوس استفاده شود. هنگامی که در هر دو یا یکی از سیالات سرد و گرم، تغییر فاز (جوشیدن یا تبخیر) رخ می‌دهد، از آنجایی که در هنگام تغییر فاز تنها گرمای پنهان تبخیر منتشر یا جذب می‌شود، دمای خود سیال تغییر نمی‌کند؛ بنابراین دمای ورودی و خروجی سیال یکسان است. در این حالت، تفاوت دمای دو سیال دیگر به انتخاب جهت جریان سیال بستگی ندارد. علاوه بر دو جهت جریان، یعنی جریان در جهت جریان اصلی و جریان در خلاف جهت آن، جهت‌های جریان دیگری مانند جریان متقاطع و جریان پیچیده نیز وجود دارد. کاهش مقاومت حرارتی در انتقال‌کننده‌های حرارتی نوع دیواره‌ای، صرفه‌جویی در مصرف انرژی و در نتیجه افزایش ضریب انتقال حرارت، یک مسئله مهم است. به طور کلی، مقاومت حرارتی دیواره‌های فلزی نسبتاً کم است.

پاسخ به ۱# w9970165: در رایج‌ترین انتقال‌کننده‌های حرارت نوع دیواره‌ای، روش‌های اصلی انتقال حرارت، هدایت و همرفت هستند. سیال گرم ابتدا با روش همرفت، گرما را به یک سمت دیواره لوله منتقل می‌کند؛ سپس گرما از طریق روش انتقال حرارت از یک سمت دیواره به سمت دیگر منتقل می‌شود. در نهایت، سمت دیگر دیواره نیز گرما را با روش همرفت به سیال سرد منتقل می‌کند؛ بدین ترتیب فرآیند انتقال حرارت در اختلاط‌کن به پایان می‌رسد.

هیت‌ایکسچنجرهای ترکیبی، انتقال حرارت را از طریق تماس مستقیم سیالات سرد و گرم انجام می‌دهند؛ این روش انتقال حرارت، مانع‌های ناشی از کثیفی‌ها در دیواره‌های میان سیالات و در دو طرف آن‌ها را از بین می‌برد. تا زمانی که تماس بین سیالات خوب باشد، نرخ انتقال حرارت نیز بالا خواهد بود. بنابراین، در هر موقعیتی که امکان ترکیب مایعات با یکدیگر وجود داشته باشد، می‌توان از اختلاط‌کننده‌های حرارتی استفاده کرد؛ مانند شستشو و سرد کردن گازها، سرد کردن آب چرخشی، گرم کردن از طریق ترکیب بخار و آب، و تقطیر بخار و غیره. بر اساس کاربردهای مختلف، اختلاط‌کننده‌های تبادل حرارت را می‌توان به انواع زیر تقسیم کرد: (۱) برج خنک‌کننده (یا برج آب سرد) در این دستگاه، آبی که در فرآیندهای تولید دمایش افزایش یافته است، با استفاده از تهویه طبیعی یا مکانیکی خنک شده و سپس برای استفاده مجدد در چرخه قرار می‌گیرد تا بهره‌وری سیستم افزایش یابد. به عنوان مثال، آب چرخشی نیروگاه‌های برق حرارتی یا هسته‌ای، و آب خنک‌کننده در تولید آمونیا سنتزی؛ پس از خنک شدن در برج‌های خنک‌کننده، دوباره برای استفاده مجدد به چرخه بازمی‌گردند. این روش در پروژه‌های عملیاتی به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته است. (۲) برج شستشوی گازی (یا برج تمیزکننده گاز) از این دستگاه در صنعت برای اهداف مختلفی جهت شستشوی گازها استفاده می‌شود؛ مانند جذب برخی از اجزای موجود در مخلوط گازها توسط مایع، حذف گرد و غبار از گاز، مرطوب‌سازی یا خشک کردن گاز و غیره. اما کاربرد گسترده‌تر آن، خنک کردن گازها است و مایع مورد استفاده برای خنک‌سازی، عمدتاً آب است. اتاق پاشش که به طور گسترده در پروژه‌های سیستم‌های تهویه مطبوع استفاده می‌شود، را می‌توان نوع خاصی از آن دانست. اتاق پاشش نه تنها می‌تواند هوا را مانند برج شستشوی گازی خنک کند، بلکه می‌تواند آن را گرم نیز کند. اما، این روش نیز معایبی مانند نیاز به کیفیت بالای آب، فضای زیاد مورد نیاز و مصرف انرژی زیاد توسط پمپ‌های آب دارد؛ بنابراین، امروزه در ساختمان‌های معمولی، از اتاق‌های پاشش آب به ندرت استفاده می‌شود یا تنها به عنوان تجهیزات مرطوب‌کننده به کار می‌رود. اما، در کارخانه‌های نساجی، کارخانه‌های تولید سیگار و موارد مشابه که هدف اصلی آن‌ها تنظیم رطوبت است، همچنان به مقدار زیادی از آن استفاده می‌شود! (۳) اختلاط‌کن حرارتی پرتابی: در این دستگاه، مایع با فشار بالاتر از طریق لوله پرتاب خارج شده و سرعت بسیار بالایی کسب می‌کند؛ مایع با فشار پایین نیز وارد محفظه اختلاط شده و به طور مستقیم با جریان پرتابی در تماس قرار گرفته تا انتقال حرارت صورت گیرد. سپس هر دو وارد لوله انتشار می‌شوند و پس از رسیدن به فشار و دمای یکسان در خروجی لوله انتشار، به مصرف‌کننده تحویل داده می‌شوند. (۴) کندانسور ترکیبی: این نوع دستگاه معمولاً با استفاده از تماس مستقیم آب و بخار، بخار را منجمد می‌کند. :)

آخرین بار، این پست توسط prt0683 در تاریخ ۲۰۱۱-۶-۲۷ ساعت ۱۵:۳۲ ویرایش شد. تفاوت دما، نیروی محرکه انتقال حرارت است؛ انتقال حرارت نیز می‌تواند به سه روش: همرفت، انتقال حرارتی و تابشی، تقسیم شود

معلوم نیست آیا جمع‌کننده‌های انرژی خورشیدی را محسوب می‌کنند یا نه؛ دستگاه‌هایی که برای جذب تابش خورشید، آن را به انرژی حرارتی تبدیل کرده و سپس آن را به محیط حرارتی منتقل می‌کنند. نوع‌های رایج، جمع‌کننده‌های انرژی خورشیدی تخت، لوله‌ای و فوکوسی هستند

رایج‌ترین انواع اختلاط‌کننده‌های حرارتی، عمدتاً به دو روش انتقال حرارت یعنی هدایت و همرفت متکی هستند. سیال گرم ابتدا با روش همرفت، گرما را به یک سمت دیواره لوله منتقل می‌کند؛ سپس گرما از طریق روش انتقال حرارت از یک سمت دیواره به سمت دیگر منتقل می‌شود. در نهایت، سمت دیگر دیواره نیز گرما را با روش همرفت به سیال سرد منتقل می‌کند؛ بدین ترتیب فرآیند انتقال حرارت در اختلاط‌کن به پایان می‌رسد.

پاسخ به ۱# w9970165: ۱. افزایش ضریب انتقال حرارت: برای افزایش ضریب انتقال حرارت در اختلاط‌کننده‌ها، لازم است همزمان ضرایب انتقال حرارت در سطوح دو طرف صفحات را افزایش داد، مقاومت حرارتی لایه کثیفی‌ها را کاهش داد، از صفحاتی با رسانایی حرارتی بالا استفاده کرد و ضخامت صفحات را کم کرد؛ تنها با این روش می‌توان ضریب انتقال حرارت در اختلاط‌کننده‌ها را به طور مؤثر افزایش داد. الف. افزایش ضریب انتقال حرارت سطحی: به دلیل وجود موج‌های روی صفحات تبادل حرارت، جریان مایع در سرعت‌های پایین‌تر نیز می‌تواند به حالت توربولانس درآید (در شماره رینولدز ۱۵۰)؛ بنابراین می‌توان ضریب انتقال حرارت سطحی بالاتری به دست آورد. ضریب انتقال حرارت سطحی به ساختار هندسی موج‌های روی صفحات و همچنین وضعیت جریان مایع بستگی دارد. الگوهای موجی ورق‌ها شامل الگوی مثلثی، صاف، کروی و غیره است. پس از سال‌ها تحقیق و آزمایش مشخص شده است که صفحات دارای سطح موجدار با شکل مثلثی، دارای ضریب انتقال حرارت سطحی بالاتری هستند؛ همچنین کاهش فشار در این صفحات کمتر است و توزیع تنش‌ها در آن‌ها یکنواخت می‌باشد. اما صفحات دارای شکل مورب، دارای ضریب انتقال حرارت سطحی بالاتری هستند؛ علاوه بر این، هرچه زاویه موج‌ها بیشتر باشد، سرعت جریان محیط در مسیرهای بین صفحات نیز بیشتر خواهد بود و در نتیجه ضریب انتقال حرارت سطحی نیز بالاتر خواهد رفت. ب. کاهش مقاومت حرارتی لایه آلودگی: کلید کاهش مقاومت حرارتی لایه آلودگی در اختلاط‌کننده‌ها، جلوگیری از تشکیل رسوبات بر روی صفحات است. هنگامی که ضخامت لجن روی صفحات ۱ میلی‌متر باشد، ضریب انتقال حرارت تقریباً ۱۰ درصد کاهش می‌یابد. بنابراین، باید به نظارت بر کیفیت آب در دو سمت سرد و گرم اختلاط‌کن توجه کرد تا از رسوب‌گذاری روی صفحات جلوگیری شود و همچنین از چسبیدن مواد ناخالص به صفحات جلوگیری گردد. برخی از واحدهای گرمایشی، برای جلوگیری از سرقت آب و خوردگی قطعات فلزی، مواد شیمیایی را به محیط گرمایشی اضافه می‌کنند؛ بنابراین باید به کیفیت آب و این مواد شیمیایی توجه کرد، زیرا می‌توانند باعث آلودگی صفحات تبادل حرارت شوند. اگر در آب مواد چسبناک وجود داشته باشد، باید از فیلترهای تخصصی برای پردازش آن استفاده کرد. هنگام انتخاب ماده شیمیایی، بهتر است از موادی بدون چسبندگی استفاده کرد. ج. استفاده از صفحاتی با رسانایی حرارتی بالا؛ مواد مناسب برای ساخت این صفحات می‌تواند شامل فولاد ضدزنگ آستنیتی، آلیاژهای تیتانیوم و آلیاژهای مسی باشد. فولاد ضدزنگ دارای خواص رسانایی حرارتی خوبی است؛ ضریب رسانایی حرارتی آن حدود ۱۴.۴ وات بر متر·کلوین است. این فلز دارای استحکام بالا، قابلیت فرم‌دهی خوب، و مقاومت مناسب در برابر اکسیداسیون است. همچنین قیمت آن نسبت به آلیاژهای تیتانیوم و مس کمتر است؛ بنابراین بیشترین کاربرد را در پروژه‌های تأمین گرما دارد. اما توانایی مقاومت آن در برابر خوردگی ناشی از یون‌های کلری کم است. د. کاهش ضخامت ورقه‌ها: ضخامت طراحی شده ورقه‌ها ارتباطی با مقاومت آن‌ها در برابر خوردگی ندارد، بلکه مرتبط با توانایی تحمل فشار در ترمواستاتور است. ضخیم‌تر شدن صفحات، می‌تواند توانایی تحمل فشار راکتور تبادل حرارت را افزایش دهد. هنگام استفاده از ترکیبی از صفحات مورب، صفحات مجاور یکدیگر را برعکس قرار می‌دهند و موج‌های روی آن‌ها با یکدیگر در تماس هستند؛ این امر منجر به ایجاد نقاط تکیه با چگالی بالا و توزیع یکنواخت می‌شود. ساختارهای مهر و موم کردن گوشه‌ها و لبه‌های صفحات نیز به تدریج بهبود یافته‌اند؛ در نتیجه، این احتراق‌کننده‌ها دارای توانایی خوبی در تحمل فشار هستند. حداکثر توان فشاری انتقال حرارت با صفحات قابل جداسازی ساخت داخل، به ۲.۵ MPa رسیده است. ضخامت صفحات تأثیر زیادی بر ضریب انتقال حرارت دارد؛ با کاهش ۰٫۱ میلی‌متر در ضخامت، ضریب انتقال حرارت کلی در تبادل‌کننده‌های حرارتی نوع متقارن حدود ۶۰۰ وات بر (متر·کلوین) افزایش می‌یابد، و در تبادل‌کننده‌های حرارتی نوع نامتقارن این مقدار حدود ۵۰۰ وات بر (متر·کلوین) است. در چارچوب رعایت ظرفیت تحمل فشار انتقال‌کننده حرارت، باید تا حد امکان از ضخامت کمتری برای ورق‌ها استفاده شود. ۲. تفاوت دمایی متوسط لگاریتمی بالا: الگوهای جریان در اختلاط‌کن‌های صفحه‌ای شامل جریان معکوس، جریان موازی و جریان ترکیبی است. در شرایط یکسان، در جریان معکوس، تفاوت دمای میانگین لگاریتمی بیشترین مقدار را دارد؛ در جریان مستقیم، این مقدار کمترین مقدار را دارد؛ و الگوی جریان مختلط بین این دو قرار دارد. روش‌های افزایش تفاوت دمای میانگین لگاریتمی در انتقال حرارت، استفاده تا حد امکان از الگوی جریان معکوس یا جریان مختلط نزدیک به معکوس، افزایش تا حد امکان دمای سیال سمت گرم، و کاهش دمای سیال سمت سرد است. سوم، تعیین موقعیت لوله‌های ورودی و خروجی: در صفحه‌ای‌های تبادل حرارت با طراحی تک‌مسیره، برای سهولت تعمیرات، لوله‌های ورودی و خروجی سیال باید تا حد امکان در سمت پلات‌های ثابت تبادل‌کننده حرارت قرار گیرند. هرچه تفاوت دمای محیط بیشتر باشد، جریان طبیعی سیال قوی‌تر خواهد بود و تأثیر نواحی توقف سیال نیز آشکارتر می‌شود. بنابراین، ورودی و خروجی محیط باید به گونه‌ای تنظیم شوند که سیال گرم از بالا وارد شده و از پایین خارج شود، و سیال سرد از پایین وارد شده و از بالا خارج شود؛ تا تأثیر نواحی توقف سیال کاهش یافته و کارایی انتقال حرارت در اختلاط‌کن‌ها افزایش یابد.

پاسخ به ۶# penryn

آخرین بار، این پست توسط string_0 در تاریخ ۲۸-۶-۲۰۱۱ ساعت ۰۴:۲۲ ویرایش شد. انتقال گرما در رادیاتور عمدتاً از طریق چند فرآیند زیر انجام می‌شود. ۱. گرما از مرکز محیط با دمای بالا به لایه‌ی مجاور آن منتقل می‌شود (روش انتقال حرارت، سرعت آن عمدتاً توسط وضعیت توربولانس محیط تعیین می‌شود).
۲. گرما از لایه‌ی محیط با دمای بالا به دیواره‌ی لوله منتقل می‌شود (این فرآیند عمدتاً توسط ضریب هدایت حرارت تعیین می‌شود؛ عوامل مؤثر بر آن بسیار است، از جمله رسوبات و ویژگی‌های محیط با دمای بالا).
۳. گرما از سمت خارجی دیواره‌ی لوله به سمت داخلی آن منتقل می‌شود (روش انتقال حرارت، سرعت آن عمدتاً توسط ویژگی‌های فلز تعیین می‌شود).
۴. گرما از سمت داخلی دیواره‌ی لوله به لایه‌ی محیط با دمای پایین منتقل می‌شود (این فرآیند نیز عمدتاً توسط ضریب هدایت حرارت تعیین می‌شود؛ عوامل مؤثر بر آن بسیار است، از جمله رسوبات و ویژگی‌های محیط با دمای پایین).
۵. گرما از لایه‌ی محیط با دمای پایین به لایه‌ی توربولانس محیط با دمای پایین منتقل می‌شود (سرعت این فرآیند عمدتاً توسط وضعیت توربولانس و ویژگی‌های محیط با دمای پایین تعیین می‌شود)

روش‌های انتقال حرارت عمدتاً شامل هدایت، همرفت و تابش هستند و در تمامی انتقال‌کننده‌های حرارت از آن‌ها استفاده می‌شود.