أولاً: تعريف المنتج الأساسي

الأنبوب الزعانف المدمج (المعروف أيضًا باسم الأنبوب الزعانف من النوع G) هو عنصر تبادل حراري عالي الكفاءة يتم فيه ربط الزعانف بشكل دائم بسطح الأنبوب الأساسي باستخدام عمليات ميكانيكية أو معدنية. يتضمن تصميمه الأساسي تضمين الزعانف في أخاديد مشكلة بدقة على الجدار الخارجي للأنبوب الأساسي وتعزيز تثبيتها. هذا يلغي المقاومة الحرارية للتلامس بين الزعانف والأنبوب الأساسي، مما يزيد من مساحة سطح تبادل الحرارة إلى أقصى حد دون التضحية بالسلامة الهيكلية. لقد أصبح عنصرًا أساسيًا في أنظمة تبادل الحرارة مثل مبردات الهواء وأجهزة استعادة حرارة النفايات.

ثانيًا: عملية التصنيع الدقيقة والخصائص الهيكلية

(أ) عملية الإنتاج الأساسية

تدمج صناعة الأنابيب الزعانف المدمجة عمليات التشغيل الآلي الدقيقة وتقنيات الربط المعززة، وتشمل بشكل أساسي ثلاث عمليات رئيسية:

طريقة اللف: يتم لف شرائط الزعانف المصنوعة من الألومنيوم أو النحاس حلزونيًا على سطح الفولاذ الكربوني أو النحاس أو الأنبوب الأساسي الآخر تحت التوتر لتحقيق التثبيت الأولي.

طريقة تضمين الأخدود: يتم أولاً تشكيل أخاديد حلزونية دقيقة على سطح الأنبوب الأساسي. بعد تضمين شرائط الزعانف، يتم استخدام عملية التعبئة الخلفية لتثبيتها في مكانها، مما يشكل هيكل تشابك ميكانيكي بين الزعانف والأنبوب الأساسي. عملية مساعدة متكاملة: تعتمد بعض المنتجات المتطورة تقنية قريبة من البثق لتحقيق ترابط على المستوى الجزيئي بين الزعانف والأنبوب الأساسي تحت درجة حرارة وضغط مرتفعين، مما يزيد من تحسين التوصيل الحراري. تتضمن عملية التصنيع بأكملها عمليات مستمرة من التخديد والإدخال والتثبيت لضمان ملاءمة عالية القوة بين الزعانف والأنبوب الأساسي. (ب) هيكل وتركيبة المواد تكوين الأنبوب الأساسي: يدعم مواد مختلفة مثل الفولاذ المقاوم للصدأ، والفولاذ الكربوني، والفولاذ السبائكي، والتيتانيوم، والنحاس، والفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج، بقطر خارجي يتراوح من 12.70 مم إلى 38.10 مم، وسمك جدار لا يقل عن 2.11 مم، وطول يمكن أن يمتد من 500 مم إلى 20000 مم. معلمات الزعانف: مواد الزعانف هي بشكل أساسي الألومنيوم والنحاس والفولاذ المقاوم للصدأ، بسمك يتراوح من 0.3 مم إلى 0.65 مم، وارتفاعات من 9.8 مم إلى 16.00 مم، وكثافات قابلة للتعديل بين 236 قدمًا في الدقيقة (6 أقدام لكل بوصة) و 433 قدمًا في الدقيقة (11 قدمًا لكل بوصة). يمكن تخصيص طول النهاية العارية حسب الحاجة. ثالثًا: مزايا الأداء الأساسية

(أ) كفاءة تبادل حراري متميزة

من خلال توسيع مساحة سطح الزعانف وتصميم المقاومة الحرارية بدون تلامس، تزداد كفاءة تبادل الحرارة بنسبة 30٪ -50٪ مقارنة بالأنابيب العارية. تضمن آلية تبادل الحرارة المزدوجة - التوصيل الحراري عبر جدار الأنبوب الأساسي وتبديد الحرارة بالحمل الحراري عبر سطح الزعانف - انتقال الحرارة السريع. في ظل نفس ظروف التشغيل، يمكن أن يؤدي الجمع مع الزعانف المموجة ثلاثية الأبعاد إلى زيادة شدة الاضطراب بنسبة 50٪ ومعامل انتقال الحرارة بنسبة 22٪.

(ب) قوة وثبات هيكلي ممتاز

يضمن الهيكل المتشابك المدمج ميكانيكيًا اتصالًا قويًا بين الزعانف والأنبوب الأساسي، قادرًا على تحمل الدورات الحرارية المتكررة والاهتزازات وتأثيرات تدفق الهواء عالي السرعة، مما يحل مشكلة الارتخاء بسهولة في الزعانف الملفوفة التقليدية. يمكن أن تتكيف مع درجة حرارة تشغيل قصوى تبلغ 450 درجة مئوية، متجاوزة بكثير الأنابيب الزعانف على شكل حرف L، وتحافظ على أداء مستقر حتى في بيئة درجة حرارة معدنية تبلغ 750 درجة فهرنهايت (حوالي 400 درجة مئوية). (ج) التوازن بين القدرة على التكيف والاقتصاد على الرغم من أن عملية التصنيع أكثر تعقيدًا من الأنابيب الزعانف الملفوفة العادية، إلا أن الفعالية من حيث التكلفة على مدار دورة الحياة كبيرة: في السيناريوهات عالية الطلب، تتجاوز مدة الخدمة بكثير مدة عناصر تبادل الحرارة التقليدية، ولا يلزم إجراء صيانة متكررة؛ بالمقارنة مع الأنابيب الزعانف المبثوقة، فإن التكلفة أقل، مما يوفر الحل الأمثل للسيناريوهات ذات الميزانيات المحدودة ولكن متطلبات الأداء العالية. (د) مقاومة الطقس ومقاومة التآكل المطورة من خلال تحسين المواد والمعالجة السطحية، يمكنها التكيف مع البيئات المتنوعة: يتمتع الأنبوب الأساسي المصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ جنبًا إلى جنب مع الزعانف المطلية بالسيراميك بمقاومة للتآكل تزيد 20 مرة عن الفولاذ المقاوم للصدأ 316L في بيئة حمضية قوية بدرجة حموضة = 1؛ لا يزيد الطلاء المعزز بالجرافين من التوصيل الحراري بنسبة 38٪ فحسب، بل يتمتع أيضًا بوظيفة مضادة للتحجيم. رابعًا: سيناريوهات التطبيق عبر الصناعات

(أ) قطاع الطاقة والكهرباء

* البتروكيماويات: تُستخدم الأنابيب الزعانف المدمجة ذات الزعانف الحلزونية لاستعادة حرارة نفايات غاز المداخن، حيث توفر الوحدة الواحدة طاقة تعادل 12000 طن من الفحم القياسي سنويًا.

* توليد الطاقة: يمكن لمبردات مدخل التوربينات الغازية التي تستخدم الأنابيب الزعانف المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ أن تقلل درجة حرارة الهواء من 35 درجة مئوية إلى 15 درجة مئوية، مما يزيد من كفاءة الوحدة بنسبة 12٪. في محطات الطاقة الشمسية الحرارية، تعمل الأنابيب الزعانف المصنوعة من سبائك النيكل بثبات في أنظمة الأملاح المنصهرة عند 580 درجة مئوية.

* (ب) القطاع الصناعي والتصنيعي

* مبردات الهواء: في محطات الضاغط وأنظمة تبريد زيت التشحيم، تقلل مقاومتها لدرجات الحرارة والاهتزازات المرتفعة بشكل كبير من خطر الفشل.

* استعادة حرارة النفايات: تستخدم المجددات في الأفران والأفران هذه الأنابيب الزعانف لتقليل استهلاك الوقود عن طريق تسخين هواء الاحتراق مسبقًا. (ج) تطبيقات التدفئة والتهوية وتكييف الهواء والتطبيقات المتخصصة

تكييف الهواء على نطاق واسع: تقلل تجميعات الأنابيب الزعانف المدمجة المصنوعة من الألومنيوم والنحاس من حجم المبادلات الحرارية بنسبة 40٪ وتزيد من كثافة تدفق نقل الحرارة بمقدار 3 مرات؛

التصنيع المتطور: في مفاعلات الأدوية، تحقق وحدات الأنابيب الزعانف المزودة بأجهزة استشعار درجة الحرارة المتكاملة تحكمًا دقيقًا في درجة الحرارة يبلغ ±0.5 درجة مئوية؛

الهندسة البحرية: في أنظمة تحلية مياه البحر، تقاوم مجموعات المواد المقاومة للتآكل التآكل في البيئات عالية الملوحة.

خامسًا: توصيات الاختيار والاستخدام

مطابقة العملية: بالنسبة للأنظمة عالية الضغط (> 5 ميجا باسكال)، يفضل استخدام منتجات العملية الشبيهة بالبثق؛ بالنسبة لبيئات الوسائط المسببة للتآكل، يوصى باستخدام الأنابيب الزعانف المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ الملفوفة حلزونيًا.

تحسين الصيانة: يمكن أن يؤدي استخدام التصوير الحراري بالذكاء الاصطناعي لمراقبة تدهور الزعانف إلى تقليل وقت التوقف عن العمل بنسبة 30٪؛

الاستدامة: يمكن للأنابيب الزعانف المطلية بالنانو في وحدة استعادة حرارة النفايات بقدرة 10 ميجاوات أن تقلل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بمقدار 18 طنًا سنويًا، مما يلبي متطلبات الإنتاج منخفض الكربون.