[تجهیزات انتقال حرارت] - فین حرارتی چیست

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
پره یا فین حرارتی (fin) سطحی است که برای افزایش نرخ انتقال حرارت از سطح یک جسم امتداد می‌یابد و جابه‌جایی (convection) حرارتی را افزایش می‌دهد.


میزان رسانایی (conduction)، جابه‌جایی (convection) و تابش (radiation) از یک جسم، تعیین‌کننده میزان حرارتی است که آن جسم انتقال می‌دهد. افزایش اختلاف دما بین جسم و محیط، افزایش ضریب انتقال حرارت جابه‌جایی (heat transfer coefficient)، افزایش مساحت سطح جسم باعث افزایش انتقال حرارت می‌شود. گاهی تغییر دو گزینه اول غیر اقتصادی یا غیر عملی است. در این موارد اضافه کردن فین به سطح جسم باعث افزایش مساحت سطح می‌شود و می‌تواند یک راه‌حل اقتصادی برای مسایل انتقال حرارتی باشد.

longitudal_fins.jpg
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
مبدل حرارتی صفحه‌ای فین‌دار


مبدل حرارتی صفحه‌ای فین‌دار (plate-fin heat exchangers) در اصل برای انتقال حرارت گاز به گاز و مبدل‌های حرارتی تیوبی فین‌دار برای انتقال حرارت مایع-بخار استفاده می‌شوند. در کاربردهایی همانند کامیون‌ها، خودروها و هواپیماها، کاهش جرم و حجم بسیار مهم است. به دلیل بهبود در جرم و حجم، مبدل‌های حرارتی فشرده (compact heat exchangers) کاربرد زیادی در صنایع برودتی (cryogenic)، بازیافت انرژی (energy recovery)، فرآیند و سیستم‌های تبرید (refrigeration) و تهویه مطبوع (air conditioning) دارند.

compact_heat_exchanger.jpg
compact_heat_exchanger2.jpg
مبدل حرارتی کامپکت
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
جریان سیالات به وسیله صفحات تختی که بین آن‌ها فین‌های ساندویچی موج‌دار قرار دارند از هم جدا می‌شوند. صفحات بر حسب جریان سیال دارای آرایش‌های مختلفی هستند که شامل جریان متقابل، جریان متقاطع و جریان موازی می‌شود. این مبدل‌های حرارتی بسیار جمع و جور با سطح انتقال حرارت در واحد حجمی در حدود 2000 متر مربع در متر مکعب هستند. منیفولد‌های اصلاح شده ویژه‌ای در ورودی این مبدل‌ها قرار می‌گیرند تا توزیع جریان در میان صفحات و بین صفحات مختلف به خوبی انجام شود. صفحات دارای ضخامت 0.5 تا 1 میلی‌متر و فین‌ها دارای ضخامت 0.15 تا 0.75 میلی‌متر هستند. مبدل حرارتی از آلیاژ آلومینیوم ساخته و قطعات مختلف در کوره‌های خلاء (vacuum furnace) یا حمام نمک به یک‌دیگر لحیم می‌شوند.
صفحات موج‌دار بین پلیت‌ها ساندویچ می‌شوند و هم به عنوان افزایش سطح انتقال حرارت و هم به عنوان ایجاد ساپورت سازه‌ای برای پلیت‌های تخت به کار می‌روند. شکل‌های مختلفی از ورق‌های چین‌دار در مبدل‌های حرارتی وجود دارند ولی معمول‌ترین آن‌ها عبارتند از:

  • فین تخت (plain fin)
  • فین تخت سوراخ‌دار (plain-perforated fin)
  • فین دندانه‌دار (serrated) یا لانسی (lanced) یا متناوب (interrupted) یا لوور(louver) یا چند ورودی (multientry)
  • فین هرینگ‌بون (herringbone) یا موج‌دار (wavy)
کانال‌های جریان در مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای فین‌دار کوچک است و این به این معنی است که سرعت جرمی نیز کوچک خواهد بود تا از افزایش افت فشار جلوگیری شود. این باعث می‌شود که کانال‌ها در معرض رسوب‌گذاری قرار گیرند و با توجه به این که امکان تمیز‌کاری مکانیکی آن‌ها وجود ندارد، به این نتیجه می‌رسیم که مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای فین‌دار محدود به سیالات تمیز می‌شوند. مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای فین‌دار اغلب در پلانت‌های مایع‌سازی هوا برای تقطیر به کار می‌روند.

fin_types_plates.PNG

مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای فین‌دار در توربین‌های گاز، نیروگاه‌های بخار، مهندسی پیشران (هواپیما، کامیون و خودرو)، تبرید، گرمایش، ونتیلاسیون و تهویه مطبوع، سیستم‌های بازیافت حرارت، صنایع شیمیایی و خنک‌کاری وسایل الکترونیکی نیز به کار می‌روند.

fin_types_plates2.jpg
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
مبدل‌های حرارتی لوله‌ای فین‌دار

tube_fin_HE.jpg

مبدل‌های حرارتی لوله‌ای فین‌دار (tubular-fin heat exchangers) برای انتقال حرارت گاز به مایع به کار می‌روند. ضریب انتقال حرارت سمت گاز معمولا بسیار کم‌تر از سمت مایع است و فین‌ها برای سمت گاز به کار می‌روند. یک مبدل حرارتی لوله‌ای فین‌دار یا تیوب-فین (tube-fin) از آرایه‌ای از تیوب‌ها با فین‌هایی که در خارج آن ثابت شده‌اند تشکیل شده است. فین‌های خارج تیوب‌ها می‌توانند عمود بر لوله‌ها باشند و همچنین می‌توانند اریب، مارپیچی یا طولی نیز قرار بگیرند. فین‌های طولی معمولا در مبدل‌های حرارتی دابل پایپ (double-pipe) یا پوسته و لوله بدون بافل به کار می‌روند. سیالات می‌توانند گاز و یا همانند کولرهای روغن شامل مایعات ویسکوز باشند.

longitudal_fins2.jpg

tubular_fin2.jpg

به عنوان یک جایگزین، می‌توان از ورق‌های پلیت-فین پیوسته (continuous plate-fin sheets) که بر روی آرایه‌ای از تیوب‌ها ثابت شده است استفاده کرد. در مبدل‌های حرارتی تیوب-فین، می‌توان از تیوب‌هایی با شکل دایره، مستطیلی و یا بیضی استفاده کرد. فین‌ها به وسیله لحیم‌کاری، زرد جوش، جوش‌کاری، اکستروژن (extrusion)، فیت مکانیکی (mechanical fit) و یا پیچش کششی (tension wound)‌ و مانند آن به لوله‌ها متصل می‌شوند. مبدل‌های حرارتی پلیت-فین-تیوب (plate-fin-tube) معمولا در گرمایش، ونتیلاسیون و تبرید و برخی سیستم‌های تهویه مطبوع به کار می‌روند.




برخی از مبدل‌های حرارتی با سطح گسترش یافته، مبدل‌های حرارتی فشرده (compact heat exchangers) هستند. مبدل حرارتی که دانسیته سطح آن در حداقل یک سمت بیش‌تر از 700 متر مربع در متر مکعب باشد به مبدل حرارتی فشرده معروف است. این مبدل‌های حرارتی معمولا در کاربردهایی که حداقل در یک سمت از مبدل حرارتی جریان گاز باشد به کار می‌روند. ضریب انتقال حرارت بسیار بالا به وسیله قطر هیدرولیکی پایین مسیرهای جریان گاز به دست می‌آید. سطوح گسترش‌یافته در یک سمت تیوب‌ها معمولا در کندانسورها و اواپراتورهای سیستم‌های تبرید به کار می‌روند.

tubular_fin4.jpg

شکل زیر مثال‌هایی از تکنیک‌های بهبود داخل لوله در اواپراتورها و کندانسورهای مبردها را نشان می‌دهد.


کندانسور هوایی (air-cooled condensers) و بویلرهای بازیاب حرارت (waste heat boilers) مبدل‌های تیوب-فین هستند که شامل دسته‌ای لوله هستند که هوا یا گاز از میان لوله‌ها در خارج می‌گذرد و تقطیر یا جوشش در درون لوله‌ها رخ می‌دهد.

tubular_fin3.jpg
 

کاروالان

عضو جدید
این مطالب مبدل های حرارتی لوله دار از چه منبعی گرفته شده؟
لینک کتابشو ممنون میشم بزارید.خیلی ضرورییی هست.مرسی
 
بالا