Bộ trao đổi nhiệt hoạt động như thế nào?

Được sử dụng để truyền nhiệt giữa một chất lỏng (chất lỏng hoặc dưới dạng khí) và chất lỏng khác (chất lỏng hoặc khí khác) mà không cho hai chất lỏng tiếp xúc trực tiếp với nhau, bộ trao đổi nhiệt được sử dụng trong cả quá trình sưởi ấm và làm mát.

Bộ trao đổi nhiệtđược sử dụng trong một loạt các ứng dụng bao gồm điều hòa không khí, nhà máy hóa chất, nhà máy hóa dầu, nhà máy lọc dầu, nhà máy điện, xử lý khí tự nhiên, làm lạnh, xử lý nước thải và sưởi ấm không gian. Chất này cũng có thể được tìm thấy trong động cơ đốt trong, nơi chúng cho phép chất làm mát động cơ chảy qua cuộn dây tản nhiệt khi không khí đi qua chúng, làm mát chất làm mát đồng thời làm nóng không khí.

Bộ trao đổi nhiệt hoạt động bằng cách cho phép nhiệt từ chất lỏng này truyền qua chất lỏng khác, mát hơn, mà không cần trộn lẫn hoặc tiếp xúc trực tiếp.

Ví dụ, hãy tưởng tượng một đường ống có một đường ống khác bao quanh nó. Đường ống bên trong có thể cho phép chất lỏng nóng đi qua nó trong khi chất lỏng mát hơn được truyền đồng thời qua đường ống bên ngoài. Điều này sẽ cho phép chất lỏng làm mát giảm nhiệt độ của chất lỏng ấm hơn, vì chất lỏng ấm hơn đồng thời làm tăng nhiệt của chất làm mát. Tất nhiên, đây là một ví dụ rất cơ bản về trao đổi nhiệt và có một số yếu tố khác cần xem xét khi nghiên cứu các bộ trao đổi nhiệt:

1. Đường chuyền

Ví dụ, bằng cách uốn cong các đường ống thành hình chữ 'S', bạn có thể cho phép chất lỏng đi qua nhiều hơn một lần trước khi rời khỏi bộ trao đổi nhiệt. Đường dẫn đơn là một đường ống thẳng, trong đó chất lỏng đi vào ở một đầu và thoát ra ở đầu kia của bộ trao đổi nhiệt khá nhanh. Đường chuyền kép sử dụng hình chữ U- để chất lỏng đi vào và rời khỏi bộ trao đổi nhiệt ở cùng một đầu, kéo dài thời gian các chất lỏng truyền qua nhau-trong bộ trao đổi nhiệt. Đường chuyền ba sử dụng hình chữ 'S' cho phép chất lỏng di chuyển dọc theo chiều dài của bộ trao đổi nhiệt ba lần trước khi thoát ra ngoài. Số lượng đường truyền càng lớn thì lượng truyền nhiệt càng lớn – đơn giản vì các chất lỏng ở cùng nhau trong hệ thống lâu hơn – mặc dù điều này cũng có thể dẫn đến giảm áp suất và mất vận tốc.

2. Vượt qua nhiệt độ-

Sự giao thoa nhiệt độ-xảy ra khi nhiệt của chất lỏng làm mát bắt đầu giao nhau với nhiệt độ của chất lỏng nóng trong bộ trao đổi nhiệt. Ví dụ: dầu đi vào bộ trao đổi nhiệt ở 80⁰C cùng với nước ở nhiệt độ 30⁰C, có thể thấy nhiệt độ của chúng thay đổi-nếu dầu giảm xuống 50⁰C khi nước đạt tới 51⁰C. Lúc này chất lỏng làm mát (nước) đã trở nên nóng hơn dầu. Sự giao thoa nhiệt độ-có thể làm giảm đáng kể hiệu suất của bộ trao đổi nhiệt, đặc biệt là khi làm mát. Có thể tránh điều này bằng cách tăng tốc độ dòng chất làm mát (xem 'Tốc độ dòng' bên dưới), để có nhiều chất làm mát hơn trong hệ thống. Khi không thể tránh khỏi{12}}sự giao thoa nhiệt độ, sử dụng bộ trao đổi nhiệt dạng tấm (xem 'Các loại bộ trao đổi nhiệt bên dưới) là giải pháp tốt nhất.

3. Chênh lệch nhiệt độ

Điều này đề cập đến sự chênh lệch nhiệt độ giữa chất làm mát và chất lỏng nóng, điều này rất quan trọng trong bộ trao đổi nhiệt, như được thể hiện bằng 'giao thoa nhiệt độ-trên' (ở trên). Chất làm mát phải được giữ ở nhiệt độ thấp hơn chất lỏng nóng, và chất làm mát càng lạnh thì khả năng lấy nhiệt ra khỏi chất lỏng nóng càng hiệu quả.

4. Tốc độ dòng chảy

Đây là lượng chất lỏng đi qua-mặt cắt ngang của đường ống trong một khoảng thời gian cụ thể. Nó được tính bằng thể tích chất lỏng trong mỗi thời gian chất lỏng chảy - với tốc độ dòng chảy lớn hơn có khả năng làm tăng khả năng truyền nhiệt của bộ trao đổi nhiệt. Tuy nhiên, nhiều chất lỏng hơn cũng có nghĩa là khối lượng vận chuyển lớn hơn, cũng như tăng tổn thất áp suất và vận tốc.

Bộ trao đổi nhiệt có thể được phân loại theo cách bố trí dòng chảy hoặc theo thiết kế của chính bộ trao đổi nhiệt.

Ba cách phân loại chính về sắp xếp dòng chảy trong bộ trao đổi nhiệt là dòng-song song, dòng chảy ngược và dòng-chéo:

• Dòng chảy song song:Hai chất lỏng đi vào cùng một đầu của bộ trao đổi nhiệt và di chuyển song song trước khi thoát ra cùng nhau
• Dòng chảy ngược:Chất lỏng đi vào các phía đối diện của bộ trao đổi nhiệt và di chuyển qua hệ thống theo hướng ngược nhau. Đây là cách sắp xếp dòng chảy hiệu quả nhất, vì chênh lệch nhiệt độ trung bình giữa các chất lỏng vẫn cao hơn trong toàn hệ thống
• Dòng chảy chéo:Ở dạng trao đổi nhiệt này, chất lỏng di chuyển vuông góc (vuông góc) với nhau

Cũng như cách sắp xếp dòng chảy, bộ trao đổi nhiệt có thể được phân loại theo loại, theo thiết kế vật lý của bộ trao đổi nhiệt:

• Ống đôi:Đây là loại trao đổi nhiệt đơn giản nhất được sử dụng trong ngành công nghiệp. Như tên cho thấy, chúng bao gồm hai ống mà chất lỏng có thể chảy qua. Cấu hình dòng chảy có thể là dòng chảy song song hoặc dòng chảy ngược, với dòng chảy ngược hiệu quả hơn trong khi dòng chảy song song sẽ tốt hơn nếu hai chất lỏng cần được đưa đến cùng nhiệt độ. Những bộ trao đổi nhiệt này dễ thiết kế và bảo trì, rẻ tiền nhưng có mức hiệu suất tương đối thấp so với các thiết kế khác.
• Vỏ và ống:Bộ trao đổi nhiệt dạng vỏ và ống sử dụng một bộ ống kim loại trong đó một chất lỏng chảy qua, được bao quanh bởi một lớp vỏ kín để chất lỏng thứ hai chảy qua. Loại bộ trao đổi nhiệt này hoạt động với tất cả các loại dòng chảy – dòng song song, dòng ngược và dòng chéo- và có thể tìm thấy trong đầu máy hơi nước. Các vách ngăn được sử dụng để điều hướng dòng chất lỏng, tạo ra rung động trong chất lỏng và hỗ trợ các ống, trong khi các cánh tản nhiệt cũng có thể được sử dụng cùng với công nghệ làm mát bằng không khí-(chẳng hạn như bộ làm mát-động cơ đốt trong) để tăng diện tích truyền nhiệt
• Tấm/Vây:Loại bộ trao đổi nhiệt này sử dụng các chồng tấm kim loại mỏng được giữ cách nhau bằng các cánh tản nhiệt để tạo thành các cấp độ, giống như các tầng của một tòa nhà. Tuy nhiên, mỗi 'tầng' này đều- khép kín và tách biệt với tầng trên hoặc tầng dưới, tạo ra một loạt ống kín để chất lỏng có thể chảy qua. Điều này tạo ra một diện tích bề mặt lớn có khả năng trao đổi nhiệt nhanh chóng đồng thời đảm bảo dòng chất lỏng đi qua toàn bộ bề mặt truyền nhiệt, ngăn ngừa sự ứ đọng và tích tụ chất lỏng. Các tấm có thể được tạo ra với nhiều kích cỡ, độ sâu và hình dạng khác nhau, bao gồm tấm tôn, tấm và khung, tấm và vỏ, hoặc tấm xoắn ốc. Dòng chảy rối lớn giữa các tấm tạo ra sự truyền nhiệt lớn hơn và giảm áp suất. Loại bộ trao đổi nhiệt này được sử dụng trong các ứng dụng như lò gas và nồi hơi.
• Làm mát bằng không khí:Loại bộ trao đổi nhiệt này thường được tìm thấy trong xe cộ và các ứng dụng di chuyển khác, nơi không có nước mát. Thay vì hai chất lỏng, hệ thống làm mát bằng không khí sử dụng không khí mát từ quạt hoặc luồng không khí do chính chuyển động của xe gây ra.
• Bình ngưng, nồi hơi và thiết bị bay hơi:Kiểu trao đổi nhiệt này xứng đáng được đề cập đặc biệt vì nó hoạt động theo cách hơi khác so với những cách đã được mô tả. Thay vì đưa hai chất lỏng (nóng và lạnh), chúng sử dụng quá trình làm mát và ngưng tụ khí nóng thành dạng lỏng (và ngược lại) để tạo ra chu trình truyền nhiệt. Đây là quá trình được sử dụng bởi tua-bin hơi nước và máy tạo hơi nước, sử dụng chu trình làm bay hơi nước thành hơi và sau đó làm nguội trở lại thành chất lỏng.
• Người phục hồi:Bộ thu hồi nhiệt là một bộ trao đổi nhiệt được thiết kế để thu nhiệt có thể bị thất thoát, chẳng hạn như nhiệt thoát ra từ một tòa nhà. Không khí ấm được dẫn ra ngoài qua một kênh cùng với một kênh chất lỏng mát đi vào riêng biệt để tạo ra dòng chảy ngược. Đây là cách hệ thống thông gió thu hồi nhiệt-hoạt động, cho phép tòa nhà được thông gió bằng không khí trong lành mà không làm mất toàn bộ nhiệt từ không khí ấm hơn thoát ra
• Máy tái sinh:Những loại bộ trao đổi nhiệt này cho phép cả chất lỏng đi vào và đi ra di chuyển qua cùng một kênh theo các hướng ngược nhau vào những thời điểm khác nhau. Khi chất lỏng ấm chảy ra, nó tỏa ra một phần nhiệt, sau đó khi chất lỏng mát chảy vào, nó nhận một phần nhiệt dư còn sót lại ở đó. Kiểu trao đổi nhiệt này được sử dụng trong động cơ Stirling, sử dụng pít-tông để đẩy khí bị mắc kẹt qua lại giữa nguồn nhiệt (như lửa) và khu vực mát hơn, hay còn gọi là 'chìm', nơi nhiệt bị mất. Loại bộ trao đổi nhiệt này làm giảm sự thất thoát nhiệt trong hệ thống bằng cách 'tái tạo' nhiệt.

Bộ trao đổi nhiệt được sử dụng cho nhiều ứng dụng trong cả công nghiệp và đời sống.

Mặc dù các bộ trao đổi nhiệt có nhiều kiểu dáng và hệ thống dòng chảy khác nhau nhưng chúng đều hoạt động theo cách tương tự nhau; cho phép tiếp xúc nhiệt giữa chất lỏng nóng hơn và chất lỏng mát hơn (không thực sự trộn lẫn), sao cho hai chất lỏng làm nóng hoặc làm mát chất lỏng khác một cách tương ứng.

Điều này cải thiện hiệu suất của phương tiện và các thiết bị khác cũng như tiết kiệm chi phí và giảm mức tiêu thụ năng lượng (và mọi tác động môi trường liên quan).

Tiếp cận các gói HX

Các kịch bản ứng dụng bộ trao đổi nhiệt của bạn (chẳng hạn như chế biến thực phẩm, công nghiệp hóa dầu, làm mát bằng năng lượng) và các đặc tính trung bình (độ ăn mòn/độ nhớt/nhiệt độ) khác nhau, do đó, kế hoạch thông số kỹ thuật cũng sẽ được điều chỉnh riêng-vui lòng cho chúng tôi biết nhu cầu của bạn và chúng tôi sẽ cung cấp cho bạn các thông số và báo giá mục tiêu.

E-mail:global@gneesteels.com