مُبادل حرارة بدون أجنحة

مُبادل حرارة بدون أجنحة

مُبادل الحرارة ذو الزعانف والأنابيب هو المُبادل الحراري الأكثر استخداماً في صناعة التبريد وتكييف الهواءوالأنابيب النحاسية والأطراف الألومنيوم هي المكونات الرئيسية للمبادلة الحرارية الأنابيبيُعتقد عموماً أن المقاومة الحرارية الرئيسية لمبادلات الحرارة الأنبوبية ذات الأجنحة تقع على الجانب الهوائي.لذلك كيفية تصميم أكثر كفاءة الزعانف كانت دائما أولوية قصوى من أبحاث المبادل الحراري الأنبوبية الزعانفوقد طورت الصناعة الأسطح المقوية مثل الأوراق المموجة والجسور ومنافذ النوافذ ومختلف الزعانف مع مولدات الدوران.

هل تريد عرض؟ ارسل بريد إلكتروني إلى:(commercial@bestfintube.com)

واحد من اتجاهات تطوير أنابيب النحاس هو تقليل قطرها، وقد تم تطبيق أنابيب 5 ملم. ومع ذلك، كما أن قطر الأنابيب يصبح أصغر وأصغر،يتم إضعاف الدور المهيمن للصفائح في نقل الحرارة، حتى بدون زعانف، مما أدى إلى مبادلة حرارة الأنابيب العارية الصغيرة، أو مبادلة حرارة بدون زعانف.

أظهرت دراسة من جامعة ماريلاند [1] أنه عندما يكون قطر الأنابيب أقل من 1 مم ، يمكن لمبادل الحرارة بدون الزعانف تحقيق نفس التكامل مثل المبادل الحراري المزروع ،وكلما كان قطر الأنبوب أصغر، تتقلص الفجوة بسرعة. كما هو مبين في الشكل 1 ، والجذع هو قطر الأنبوب ،والمناسبة هي مساحة تبادل الحرارة لكل وحدة حجما (تستخدم عادة لقياس دقة المبادل الحراري)بالنسبة لأقطار الأنابيب التقليدية ، فإن مبادلات الحرارة ذات الزعانف أكثر من 20 مرة أكثر تكثيفًا من مبادلات الحرارة بدون الزعانف. عندما يكون قطر الأنابيب 1 مم ، فإن المبادلات الحرارية ذات الزعانف تكون أكثر تكثيفًا من المبادلات الحرارية بدون الزعانف.المبادل الحراري ذو الزعانف هو مضاعف حجم المبادل الحراري بدون الزعانفإذا تم تقليل قطر الأنابيب أكثر ، فإن دقة المبادل الحراري بدون الزعانف ستكون قريبة من مبادل الحرارة ذو الزعانف. هذا يظهر أنه عندما يكون قطر الأنابيب صغيرًا بما فيه الكفاية ، فإن الحرارة المضغوطة من المبادل الحراري بدون الزعانف تكون قريبة من مبادل الحرارة ذو الزعانف.مساحة تبادل الحرارة للمبادل الحراري بدون أجنحة لا تختلف كثيراً عن مساحة تبادل الحرارة لنوع الأجنحة في نفس الحجم، ولم يعد دور الزعانف كـ "سطح مُمتد".

إصبع1. التغير في دقة المبادل الحراري مع قطر الأنابيب (المصدر: Ref. [1])

يظهر الشكل 2 مقارنة بين معامل نقل الحرارة المزدوج وغير المزدوج، حيث تكون البصمة هي تكلفة نقل الحرارة - استهلاك الطاقة المنتشر على منطقة تبادل الحرارة الوحدية.يمكن أن نرى أن هناك تقاطع بين المنحنيينعلى الجانب الأيمن من هذا التقاطع، معامل نقل الحرارة من النوع بدون أجنحة أعلى من النوع المزدوج عندما تكون تكلفة نقل الحرارة هي نفسها.

الشكل 2 مقارنة معامل نقل الحرارة بين الأنواع ذات الأجنحة وغيرها (المصدر: Ref. [1])

كما تتخيل، ميزة أخرى لهذا النوع من مبادلات الحرارة في الأنابيب الميكروفلوروسنتية هي أنها تحتوي على شحنة أقل بكثير من المبرد.استخدم الباحثون من جامعة تشيجيانغ [2] مبادلة حرارة أنبوبية مماثلة منخفضة الإضاءة لمكيف الهواء المقسّم المنزلي R290، بنجاح في خفض الشحنة إلى حوالي 250 غرام، وبالتالي تلبية معيار الاتحاد الأوروبي. المبادل الحراري الأنابيب الميكروفلوروسنت التي صمموها هي مشابهة بنية لمبادل حرارة التدفق الموازي،كما هو مبين في الشكل 3أنبوب المبادل الحراري هو أنبوب من الفولاذ المقاوم للصدأ بقطر خارجي يبلغ 0.58 ملم. المنتج الفعلي مبين في الشكل 4.

إصبع3الرسم البياني للمبادل الحراري للأنابيب الضوئية المنخفضة (المصدر: Ref. [2])

إصبع4. المكثف (يسار) والمبخر (يمين) باستخدام مبادلة حرارة أنبوب ضوء منخفض (المصدر: Ref. [2])

كما طور الباحثون في جامعة ماريلاند مبادلة حرارة أنبوب عارية متفرقة بناءً على نظرية الهندسة الكسرية [3] ، والتي يظهر الرسم البياني المخططي لها في الشكل 5.نتائج المحاكاة العددية تظهر أنه عندما يكون قطر الأنابيب الخارجي 0.8ملم the air side heat transfer coefficient of the bifurcated light tube heat exchanger is 15% higher and the pressure drop is reduced by 4-12% compared with the straight tube microfluorescent tube heat exchangerكما استخدموا الطباعة ثلاثية الأبعاد لصنع كائن مادي (انظر الشكل 6) للاختبار. لسوء الحظ ، تم الإبلاغ عن أن انخفاض ضغط الجانب الهوائي فقط تم اختباره بسبب تسرب.

إصبع5رسم مخطط لمبادل حرارة الأنابيب الفلورسنتية المجزأة (المصدر: Ref. [3])

إصبع6. عينة طباعة ثلاثية الأبعاد لمبادل حرارة الأنابيب الفلورسنتية المفرقة (المصدر: Ref. [3])

تجدر الإشارة إلى أنه على الرغم من المزايا المذكورة أعلاه لمبادلات الحرارة في الأنابيب الميكروفلوروسنتية ، فإن العيوب واضحة أيضًا. على سبيل المثال:(1) عدد الأنابيب في المبادل الحراري أنابيب الضوء المنخفض كبيرة جدا(2) كيفية معالجة الأنابيب الميكروفلوروسية باستخدام الطرق التقليدية ؛ (3) عندما يكون طول الأنابيب طويلًا ،كيفية ضمان أن الأنابيب الميكروفلوروسنتية لا ينحني وتشوهبشكل عام، المبادل الحراري الأنبوب الميكروفلوروسنت لا يزال في مرحلة مبكرة من البحث، والمزايا والعيوب تعتمد على اكتشاف المزيد من الممارسين.

المراجع

[1] باسلار، د.، ف. أوتي، ز. هوانغ و آر. رادرماخر (2017)."تحسين التصميم والتحقق من صحة المبادلات الحرارية عالية الأداء باستخدام التحسين بمساعدة التقريب والتصنيع الإضافي." العلوم والتكنولوجيا للبيئة المبنية 23 (((6): 896-911.

[2] تشو، و. و. و. غان (2019). "نهج محتمل للحد من شحن R290 في مكيفات الهواء ومضخات الحرارة". المجلة الدولية للتبريد 101: 47-55.

[3] هوانغ، ز.، جي. لينغ، ي. هوانغ، في أوت و آر رادرماشر (2017). "تصميم ودراسة مقاييس رقمية لمبادل حرارة مضغوط تبرد بالهواء." العلوم والتكنولوجيا للبيئة المبنية 23 ((6): 970-982.