Hvordan balanserer Plate Fin Heat Exchanger motsetningen mellom varmevekslingseffektivitet og trykkfall?

I Platefinne varmeveksler , balansen mellom varmevekslingseffektivitet og trykkfall er en sentral designutfordring. Vanligvis er det et antagonistisk forhold mellom varmevekslingseffektivitet og trykkfall, nemlig:

Forbedring av varmevekslingseffektiviteten betyr vanligvis å øke varmevekslingsarealet eller forbedre de turbulente egenskapene til fluidet, noe som vil øke friksjonsmotstanden til fluidet, noe som resulterer i en økning i trykkfallet.

Å redusere trykkfall krever vanligvis å redusere strømningsmotstanden, for eksempel å øke strømningsbanen til væsken, redusere arealet av finnene eller endre strømningskanaldesignet, noe som kan føre til en reduksjon i varmevekslingseffektiviteten.

Hvordan balansere motsetningen mellom varmevekslingseffektivitet og trykkfall:

Optimaliser finnedesign
Finneform og arrangement: Formen, tykkelsen, avstanden og arrangementet til finnene påvirker direkte strømnings- og varmevekslingseffektiviteten til væsken. For eksempel kan bruk av bølgede finner eller spiralfinner øke turbulensen til væsken, forbedre varmevekslingseffektiviteten og gjøre strømningsbanen mer kompleks, og dermed forbedre væskefordelingen. En slik design øker imidlertid ofte trykkfallet, så det er nødvendig å finne en passende finnedesign basert på de spesifikke kravene til systemet.

Valg av finneavstand: Økning av finneavstanden kan redusere væskemotstanden og dermed redusere trykkfallet, men for stor avstand vil redusere varmevekslerområdet og påvirke varmevekslingseffektiviteten. Derfor bør finneavstanden optimaliseres i henhold til varmebelastningsbehovet og væskestrømningshastigheten.

Flytkanaldesign og optimalisering
Utforming av væskestrømningsbane: I en plate-fin varmeveksler vil lengden og kompleksiteten til væskebanen påvirke trykktapet til væsken. Når du designer, prøv å få væskestrømningsbanen til å øke varmevekslingsområdet uten å øke for mye strømningsmotstand. For eksempel kan en forskjøvet strømningskanaldesign brukes til å øke kontaktområdet mellom væsken og finnen samtidig som et lavt trykkfall opprettholdes.

Kombinasjon av parallell- og seriestrømningskanal: Ved å kombinere parallelle og seriestrømningskanaler på en fornuftig måte, kan varmevekslingseffektiviteten maksimeres samtidig som et lavt trykkfall opprettholdes. Parallelle strømningskanaler kan redusere motstanden til væsken som passerer gjennom hver kanal, mens seriestrømningskanaler bidrar til å øke varmevekslingsarealet.

Væskevalg og optimalisering
Væskeegenskaper: Valg av egnet arbeidsvæske, spesielt med tanke på væskens viskositet, tetthet og termiske ledningsevne, har en viktig innvirkning på kontrollen av varmevekslingseffektiviteten og trykkfallet. Generelt sett har væsker med lav viskositet et mindre trykkfall når de strømmer i en varmeveksler, men deres varmeledningsevne kan være lavere, noe som kan resultere i dårlig varmevekslingseffektivitet. I motsetning til dette kan væsker med høy viskositet forbedre varmevekslingseffektiviteten, men er tilbøyelige til å øke trykkfallet. Derfor er det nødvendig å velge riktig væske i henhold til det spesifikke bruksscenarioet.

Bruk multivæskesystem

Multi-væske varmeoverføring: I noen applikasjoner kan trykkfallet i hver væskekanal reduseres ved å introdusere multi-væske varmeoverføring. For eksempel kan en delt strømningsdesign brukes til å få forskjellige væsker til å strømme i forskjellige strømningskanaler for å optimere trykkfallet og varmevekslingseffekten.

Rimelig kontroll av strømningshastighet
Optimalisering av strømningshastighet: Jo større strømningshastighet, jo sterkere turbulenseffekt, jo høyere varmevekslingseffektivitet, men samtidig øker også trykkfallet. Derfor er det veldig viktig å velge strømningshastigheten rimelig. Vanligvis justeres strømningshastigheten til en plate-fin varmeveksler mellom 1,5 og 4 m/s. Ved å optimalisere strømningshastigheten gjennom numerisk simulering og eksperiment kan man finne en balanse mellom varmevekslingseffektivitet og trykkfall.

Bruk effektive varmevekslerflater
Kontroll av overflateruhet: Ved å designe og forbedre overflaten (som å rue overflaten, sprøyte eller dekke med spesielle belegg), kan varmeoverføringskapasiteten til varmeveksleroverflaten økes, den termiske motstanden kan reduseres, og varmevekslingseffektiviteten kan forbedres, mens trykktapet av strømmen kan kontrolleres til en viss grad.

Optimalisering av størrelsen på varmeveksleren
Under prosjekteringen kan varmevekslingsarealet økes ved å øke størrelsen på varmeveksleren (øke antall finner og lengden på strømningskanalen), men for stor størrelse kan føre til for stort trykkfall. Størrelsesoptimering krever å finne det beste punktet mellom varmevekslingsbehovet og det tillatte trykkfallet.

For å balansere motsetningen mellom varmevekslingseffektivitet og trykkfall, er det nødvendig å vurdere faktorer som finnedesign, strømningskanaloptimalisering, væskevalg og strømningshastighetskontroll. Gjennom numerisk simulering, eksperimentell verifisering og systemoptimalisering kan trykkfallet kontrolleres innenfor et akseptabelt område samtidig som kravene til varmeveksling oppfylles. Denne optimaliseringen er vanligvis en iterativ prosess som krever kontinuerlig justering og forbedring i praktiske applikasjoner.