المبادلات الحرارية ذات لوحة المرور الواحدة مقابل لوحة المرور المتعددة: كيفية الاختيار

عند اختيار مبادل حراري لوحي للتبريد الصناعي، أو HVAC، أو التبريد، أو استعادة الحرارة، يبدأ المهندسون عادةً بقدرة التبريد، ودرجات حرارة السوائل، ومنطقة نقل الحرارة، وانخفاض الضغط المسموح به. ومع ذلك، هناك قرار تصميم مهم آخر يمكن أن يؤثر بشكل كبير على الأداء: وهو عدد السوائل التي تمر عبر حزمة اللوحة.

يوفر المبادل الحراري للوحة أحادية المرور ترتيب تدفق مباشر نسبيًا، مما يسمح لكل سائل بالانتقال عبر قسم قناة واحدة بين مدخله ومخرجه. يقوم تكوين التمرير المتعدد بإعادة توجيه أحد السوائل أو كليهما عبر مجموعات متتالية من القنوات.

يمكن أن تنتج هذه الترتيبات سرعات قنوات مختلفة، وملامح درجة الحرارة، وفقدان الضغط، ومتطلبات الضخ، حتى عندما تكون معدلات التدفق الإجمالية ورسوم نقل الحرارة متطابقة.

ولكن هل المبادل الحراري للوحة متعددة الممرات أكثر كفاءة دائمًا؟ هل يتطلب التصميم ذو المرور الواحد بالضرورة مساحة أقل لنقل الحرارة؟ وكيف يجب على المهندسين اختيار الترتيب المناسب؟

الجواب يعتمد على ظروف التشغيل.

يقارن هذا الدليل المبادلات الحرارية ذات الألواح أحادية التمرير ومتعددة الممرات، ويشرح الاختلافات الحرارية والهيدروليكية بينها، ويوفر إطار اختيار عملي للمهندسين الصناعيين ومشتري معدات B2B.

1. ما هو الممر في لوحة مبادل حراري؟

1.1 فهم مسارات تدفق المبادل الحراري للوحة

ينقل المبادل الحراري اللوحي الحرارة بين تيارين من السوائل من خلال سلسلة من الصفائح المعدنية الرقيقة.

في أ مبادل حراري ذو حشيات ، يتم تجميع الألواح داخل إطار، وتقوم الحشيات بتوجيه السوائل الساخنة والباردة عبر قنوات منفصلة.

تمر الحرارة عبر أسطح الصفائح بينما يظل السائلان منفصلين.

يحدد ترتيب التدفق الداخلي كيفية انتقال السوائل عبر المبادل الحراري.

إلى يشير التمرير مرحلة واحدة من التدفق عبر مجموعة من قنوات الصفائح قبل أن يغادر السائل المبادل أو يتم إعادة توجيهه إلى مجموعة أخرى.

يجب مراعاة عدد التمريرات بشكل منفصل لكل دائرة مائع.

على سبيل المثال، قد يكون للمبادل الحراري اللوحي تمريرة واحدة على كلا الجانبين، أو تمريرتين على كلا الجانبين، أو عدد مختلف من التمريرات على الجانبين الساخن والبارد.

1.2 ما هو المبادل الحراري للوحة أحادية المرور؟

في المبادل الحراري أحادي المسار، يتدفق كل سائل من المدخل عبر مجموعة من القنوات المتوازية إلى المخرج دون الحاجة إلى إعادة توجيهه عبر مجموعات أخرى من القنوات.

تتدفق السوائل الساخنة والباردة عادةً بالتناوب عبر قنوات مختلفة.

تستخدم العديد من المبادلات الحرارية ذات الألواح السائلة والسائلة التبادل الحراري المضاد للتيار، حيث تتدفق السوائل الساخنة والباردة في اتجاهين متعاكسين للحفاظ على اختلاف مناسب في درجة الحرارة.

تُستخدم المبادلات الحرارية أحادية المسار عادةً في التطبيقات ذات معدلات تدفق السوائل الكافية والأداء الحراري المقبول ضمن نطاقات انخفاض الضغط المسموح بها.

1.2.1 الخصائص الرئيسية لتصميم المرور الواحد

يوفر ترتيب التمريرة الواحدة العديد من المزايا المحتملة:

• توجيه مباشر للسوائل الداخلية

• لوحة بسيطة نسبيا وترتيبات الاتصال

• من المحتمل أن تكون المقاومة الهيدروليكية أقل للتصميمات المماثلة

• انتقالات تمريرة داخلية أقل

• الملاءمة للعديد من واجبات السائل إلى السائل عالية التدفق

ومع ذلك، قد يكون ترتيب المرور الفردي أقل ملاءمة عندما يكون لمائع واحد معدل تدفق منخفض جدًا بالنسبة إلى العدد المتاح من القنوات المتوازية.

في هذه الحالة، قد تكون السرعة عبر القنوات الفردية غير كافية لأداء نقل الحرارة المطلوب.

1.3 ما هو المبادل الحراري للوحة متعددة الممرات؟

في المبادل الحراري متعدد القنوات، يتدفق سائل أو سائلان بالتتابع عبر مجموعتين أو أكثر من القنوات قبل مغادرة المبادل الحراري.

على سبيل المثال، تتدفق حلقة الموائع ثنائية القناة أولاً عبر مجموعة واحدة من القنوات، ثم تغير اتجاهها عند زاوية داخلية، ثم تتدفق عبر مجموعة أخرى من القنوات.

في المبادل الحراري للوحة ذات الحشية المناسبة، يمكن تحقيق مسارات التدفق هذه من خلال ألواح الزاوية المكونة خصيصًا والمكونات ذات الصلة.

يمكن للمبادلات الحرارية متعددة القنوات توفير سرعات أعلى للقنوات ومسارات حرارية مختلفة دون زيادة عدد اللوحات.

ومع ذلك، فإن المسارات الهيدروليكية الأطول وتقليل عدد القنوات المتوازية لكل قناة يمكن أن تؤدي أيضًا إلى زيادة انخفاض الضغط.

1.3.1 ماذا يعني الترتيب 1–1، 2–2، أو 2–1؟

غالبًا ما يتم وصف ترتيبات المرور برقمين.

التصميم 1-1 له تمريرة واحدة على كل جانب سائل.

التصميم 2-2 له تمريرتان على كل جانب.

يستخدم تصميم 2–1 تمريرتين على جانب وتمريرة واحدة على الجانب الآخر.

1.3.1.1 لماذا قد يختلف عدد تمريرات الجانب الساخن والجانب البارد

لا تحتوي دائرتا السوائل بالضرورة على معدلات تدفق أو لزوجة أو خصائص حرارية متطابقة.

إذا كان لدى أحد السوائل معدل تدفق أقل بكثير، فإن زيادة عدد التمريرات على هذا الجانب قد يساعد في تحسين سرعة القناة.

قد يظل الجانب ذو التدفق الأعلى أحادي المسار لتجنب المقاومة الهيدروليكية المفرطة.

تتطلب مثل هذه التكوينات غير المتماثلة تحليلًا حراريًا مفصلاً لأن ملف درجة الحرارة الناتج قد يختلف عن التدفق المعاكس المثالي.

ولذلك يجب تحديد ترتيب التمرير المناسب بشكل منفصل لكل جانب من جوانب السائل.

2. المبادلات الحرارية ذات التمرير الواحد مقابل المبادلات الحرارية ذات التمرير المتعدد: الاختلافات الرئيسية

تتضمن الاختلافات الرئيسية التوجيه الداخلي وسرعة القناة والأداء الحراري وانخفاض الضغط.

ولا ينبغي اعتبار أي من الترتيبين متفوقًا عالميًا.

الاختيار الصحيح هو التكوين الذي يلبي واجب الحرارة المطلوب مع البقاء ضمن انخفاض الضغط المسموح به وحدود التشغيل.

2.1 سرعة التدفق واستخدام القناة

للحصول على معدل تدفق إجمالي ثابت للمائع، تعتمد سرعة القناة على عدد الممرات المتوازية المتوفرة داخل كل ممر.

قد يكون للمبادل أحادي المرور الذي يحتوي على العديد من القنوات المتوازية سرعة منخفضة نسبيًا في كل قناة.

يمكن أن يؤدي تقسيم نفس المقاطع إلى مجموعات متسلسلة متعددة إلى تقليل عدد القنوات التي تعمل بالتوازي في كل مرحلة.

هذا قد يزيد من السرعة المحلية.

يمكن أن تعمل السرعة الأعلى على تحسين انتقال الحرارة بالحمل الحراري، اعتمادًا على هندسة اللوحة ونظام التدفق.

ومع ذلك، فإن السرعة الأكبر بشكل عام تخلق مقاومة هيدروليكية إضافية.

2.2 الاختلافات في الأداء الحراري

قد توفر التصميمات متعددة التمريرات نقلًا محسنًا للحرارة في ظل الظروف التي يكون فيها ترتيب التمرير الفردي الأصلي لديه سرعة قناة غير كافية.

ومع ذلك، فإن العلاقة بين عدد التمريرات والأداء ليست خطية.

زيادة عدد التمريرات لا تؤدي تلقائيًا إلى زيادة متناسبة في سعة التبريد.

النتيجة تعتمد على:

• هندسة اللوحة

• معدلات تدفق السوائل

• عدد القنوات النشطة لكل تمريرة

• توزيع التدفق

• برنامج درجة الحرارة

• خصائص السوائل

• منطقة نقل الحرارة المتاحة

يمكن لمبادل حراري أحادي المسار تم اختياره بشكل صحيح أن يحقق المهمة المطلوبة دون الحاجة إلى تمريرات إضافية.

2.3 الاختلافات في انخفاض الضغط

غالبًا ما يكون انخفاض الضغط عاملاً رئيسياً في تحديد تكوين المبادلات الحرارية أحادية المسار ومتعددة الممرات.

قد تؤدي تكوينات التمريرات المتعددة إلى زيادة سرعة الموائع وطول المسار الإجمالي.

كل من هذه التغييرات تزيد من انخفاض الضغط الاحتكاكي.

ويعتمد حجم المقاومة الإضافية على هندسة القناة المحددة، وترتيب المنافذ، وخصائص السوائل، وتكوين القناة.

ولذلك، يجب حساب انخفاض الضغط للمبادل الحراري بأكمله، ولا يمكن تقديره بناءً على عدد القنوات فقط.

3. كيف يؤثر ترتيب التمرير على أداء نقل الحرارة؟

3.1 العلاقة بين السرعة وانتقال الحرارة

يعتمد انتقال الحرارة بين السائل وسطح اللوحة جزئيًا على معامل انتقال الحرارة بالحمل الحراري.

للتحليل الحراري المبسط:

س = ش × أ × ΔTlm

أين:

• س = معدل انتقال الحرارة

• U = معامل انتقال الحرارة الإجمالي

• أ = منطقة انتقال الحرارة

• ΔTlm = سجل متوسط ​​الفرق في درجات الحرارة

يتضمن معامل نقل الحرارة الإجمالي المقاومة الحرارية لكل من أغشية السوائل، ومواد اللوحة، والطبقات الملوثة ذات الصلة.

قد تؤدي زيادة سرعة القناة إلى تحسين معامل نقل الحرارة من جانب السائل في ظل الظروف المناسبة.

ومع ذلك، فإنه يمكن أيضا أن يزيد من انخفاض الضغط.

الهدف ليس زيادة السرعة إلى أقصى حد، ولكن تحقيق أداء نقل الحرارة المطلوب ضمن الحدود الهيدروليكية المقبولة.

3.2 لماذا يمكن لتصميمات التمريرات المتعددة تحسين الأداء بمعدلات تدفق منخفضة

في التصميم أحادي المسار، يتم توزيع معدل التدفق الإجمالي عبر قنوات متوازية متعددة.

إذا كان معدل التدفق منخفضًا بالنسبة لعدد القنوات، فقد يكون معامل نقل الحرارة المحلي أقل من المتوقع.

يمكن أن يؤدي ترتيب التمريرات المتعددة إلى تقليل عدد مسارات التدفق المتوازية في كل مرحلة.

للحصول على هندسة مناسبة، يمكن أن يؤدي ذلك إلى زيادة معدل التدفق الكتلي لكل قناة فعالة.

3.2.1 فهم تأثير عدد القنوات المتوازية

فكر في مقارنة مبسطة تحتوي فيها دائرة مائع واحدة على 24 قناة مكافئة.

في ترتيب المرور الفردي، تعمل جميع القنوات الـ 24 بالتوازي.

في الترتيب الافتراضي ثنائي المسار، ينتقل التدفق عبر مجموعتين متتاليتين، تحتوي كل منهما على 12 قناة متوازية.

بالنسبة لنفس معدل التدفق الإجمالي، فإن متوسط ​​التدفق خلال كل قناة نشطة في الترتيب ثنائي المسار سيكون تقريبًا ضعف ترتيب المسار الفردي.

هذا رسم توضيحي هندسي، وليس توقعًا لأداء المبادل الحراري الفعلي.

3.2.1.1 لماذا لا تضمن سرعة القناة الأعلى كفاءة إجمالية أفضل

يجب موازنة الفوائد الحرارية لزيادة معدل التدفق مع زيادة متطلبات الضخ.

في حين أن الأنظمة متعددة القنوات يمكنها تحقيق معاملات نقل حرارة محلية أعلى، فإنها تستهلك أيضًا المزيد من طاقة الضخ.

علاوة على ذلك، يؤثر تخطيط النظام على توزيع السوائل ودرجة الحرارة.

لذلك، يجب أن يعتمد الاختيار النهائي على الحمل الحراري المطلوب، وانخفاض الضغط المسموح به، وخصائص السائل الفعلية، وظروف التشغيل.

3.3 التدفق المعاكس ونهج درجة الحرارة

غالبًا ما يُفضل تدفق التيار المعاكس لنقل الحرارة من سائل إلى سائل لأنه يمكن أن يحافظ على قوة دافعة مفيدة لدرجة الحرارة على طول المبادل الحراري.

في المبادل المثالي للتيار المعاكس، يتدفق التياران الساخن والبارد في اتجاهين متعاكسين.

يساعد اختلاف درجة الحرارة عند كل طرف في تحديد سجل متوسط ​​فرق درجة الحرارة.

يستخدم حساب التيار المعاكس المبسط:

ΔT1 = درجة حرارة المدخل الساخن − درجة حرارة المخرج البارد

ΔT2 = درجة حرارة المخرج الساخنة − درجة حرارة المدخل البارد

LMTD = (ΔT1 − ΔT2) / ln(ΔT1 / ΔT2)

ينطبق هذا التعبير عندما تكون فروق درجات الحرارة ذات الصلة موجبة ويكون ترتيب التدفق المفترض مناسبًا.

في المعدات متعددة التمريرات، قد يتطلب الترتيب الحراري الفعلي عامل تصحيح LMTD أو حسابًا رقميًا مفصلاً.

لا ينبغي التعامل مع تكوين التمرير غير المتساوي تلقائيًا على أنه مبادل تيار معاكس مثالي.

لمزيد من المعلومات، راجع مقالتنا على لماذا تعتبر درجة حرارة الاقتراب مهمة في تصميم المبادل الحراري للوحة.

3.4 توزيع التدفق والفعالية الحرارية

يحدث سوء توزيع التدفق عندما يتم توزيع السوائل بشكل غير متساو بين القنوات المتوازية المتاحة.

وهذا يمكن أن يقلل من الاستخدام الفعال لسطح نقل الحرارة ويغير انخفاض الضغط.

يمكن أن يؤثر عدد التمريرات على توزيع التدفق لأنه يغير العلاقة بين تدفق الرأس ومقاومة القناة.

لقد وجدت بعض الدراسات التجريبية تحسينًا في تجانس التدفق في تكوينات معينة متعددة التمريرات مقارنةً بترتيبات التمرير الفردي المكافئة.

ومع ذلك، فإن هذه النتيجة تعتمد على الهندسة التي تم فحصها وظروف التشغيل.

لا يعد البناء متعدد التمريرات حلاً شاملاً لكل مشكلة توزيع التدفق.

3.5 هل المزيد من التمريرات يعني المزيد من مساحة نقل الحرارة؟

لا.

يعد عدد التمريرات ومنطقة نقل الحرارة من معايير التصميم المختلفة.

يتم تحديد إجمالي مساحة نقل الحرارة الفعالة بشكل أساسي من خلال أبعاد اللوحة ذات الصلة وعدد الألواح وأسطح نقل الحرارة النشطة.

يؤدي تغيير ترتيب المرور إلى إعادة توزيع مسارات التدفق الموجودة.

لا يؤدي تلقائيًا إلى زيادة المساحة المادية المتاحة للتبادل الحراري.

في بعض التصميمات، تؤثر لوحات الدوران أو الانتقال الإضافية على عدد أسطح نقل الحرارة النشطة.

يجب على الشركة المصنعة مراعاة هذه التفاصيل في الاختيار النهائي.

4. كيف يؤثر ترتيب التمرير على انخفاض الضغط وضخ الطاقة؟

4.1 لماذا يزداد انخفاض الضغط عادة مع المزيد من التمريرات

يخضع تدفق السوائل عبر المبادل الحراري للوحة لفقد الضغط بسبب عوامل مختلفة، بما في ذلك احتكاك القناة، ومناطق الدخول والخروج، وظروف الميناء، والتغيرات في اتجاه التدفق.

قد تؤدي الهياكل متعددة القنوات إلى تفاقم تأثيرات العديد من هذه العوامل.

في حين أن زيادة سرعة التدفق يمكن أن تعزز نقل الحرارة بالحمل الحراري، فإن خسائر الأداء الهيدروليكي المقابلة يمكن أن تكون كبيرة جدًا.

لذلك، يجب أخذ الأداء الحراري والهيدروليكي في الاعتبار عند اختيار المبادل الحراري للوحة.

4.2 تقييم ضغط الضخ المتاح

يتمتع نظام التبريد أو التدفئة بميزانية ضغط محدودة.

يجب أن يعمل المبادل الحراري ضمن الضغط التفاضلي المتاح مع السماح بفقدان مكونات النظام الأخرى.

قد يشمل النظام الهيدروليكي الإجمالي ما يلي:

• عملية الأنابيب

• الصمامات والتجهيزات

• مصافي

• مبادلات حرارية

• أجهزة قياس التدفق

• صمامات التحكم

قد يتطلب التصميم متعدد التمريرات الذي يتجاوز ميزانية الضغط المتاحة ترتيبًا مختلفًا للصفائح، أو مبادلًا أكبر، أو تغييرات في نظام الضخ.

4.3 تقدير التأثير على قوة الضخ

الطاقة الهيدروليكية التقريبية اللازمة للتغلب على انخفاض الضغط هي:

P = ΔP × V̇

عندما يتم التعبير عن انخفاض الضغط بـ kPa ومعدل التدفق الحجمي بـ m³/s، تكون النتيجة بـ kW.

إن المدخلات الكهربائية الفعلية أكبر من الطاقة الهيدروليكية لأن المضخات والمحركات ومحركات الأقراص ليست فعالة تمامًا.

4.3.1 لماذا قد لا يعني أدنى سعر للمعدات أقل تكلفة إجمالية

قد يؤدي المبادل المدمج متعدد التمريرات إلى تقليل تكاليف بعض المعدات أو التركيب.

ومع ذلك، فإن انخفاض الضغط الإضافي يمكن أن يزيد من استهلاك الكهرباء السنوي للضخ.

بالنسبة للأنظمة التي تعمل بشكل مستمر، يمكن أن تصبح تكلفة الطاقة التراكمية أحد الاعتبارات المهمة.

ولذلك، يجب على المشترين الصناعيين مقارنة تكاليف دورة الحياة بدلاً من أسعار الشراء الأولية وحدها.

5. متى يجب عليك اختيار مبادل حراري للوحة أحادية التمرير أو متعددة التمريرات؟

5.1 اختر تمريرة واحدة عندما يكون الواجب الحراري قابلاً للتحقيق بالفعل

غالبًا ما يكون التكوين أحادي المسار نقطة بداية مناسبة عندما تكون معدلات تدفق السائل كافية لتوفير نقل فعال للحرارة ضمن انخفاض الضغط المسموح به.

قد تكون جذابة لـ:

• بناء أنظمة الماء إلى الماء HVAC

• تبريد العمليات الصناعية بالتدفق المناسب

• تطبيقات الطاقة بالمنطقة

• واجبات استعادة الحرارة مع ملفات تعريف مناسبة لدرجة الحرارة المعاكسة

• الأنظمة التي يكون فيها تقليل المقاومة الهيدروليكية أمرًا مهمًا

لا يزال يتعين تأكيد الاختيار باستخدام الحسابات الحرارية والهيدروليكية.

5.1.1 لماذا غالبًا ما يكون التمرير الفردي نقطة انطلاق عملية

توفر تصميمات المرور الفردي عمومًا توجيهًا داخليًا مباشرًا.

اعتمادًا على المعدات، يمكنها أيضًا تبسيط التوصيلات والوصول إلى الصيانة.

غالبًا ما تستحق التقييم أولاً لأن التمريرات الإضافية يجب أن تحل مشكلة تصميم محددة بدلاً من تحديدها دون مبرر.

5.1.1.1 عندما يحتاج تصميم التمريرة الواحدة إلى إعادة النظر

إذا لم يتمكن تصميم التبريد أحادي المسار من تلبية تبديد الحرارة المحدد ودرجة حرارة المخرج دون التضحية بمساحة تبديد الحرارة، أو تقليل استخدام القناة، أو غيرها من التنازلات غير المقبولة، فيجب إعادة النظر في التصميم.

قبل تغيير عدد قنوات التبريد، يجب على المهندسين أيضًا مراعاة الأشكال الهندسية الأخرى للمشتت الحراري وأحجام المبدد الحراري وتكوينات القنوات.

5.2 اختر تمرير متعدد عندما تحتاج سرعة القناة إلى التحسين

قد يكون ترتيب التمريرات المتعددة مفيدًا عندما يكون معدل التدفق على جانب واحد منخفضًا جدًا بحيث لا يوفر أداءً حراريًا مُرضيًا مع تكوين لوحة التمرير الفردي المقترح.

زيادة عدد التمريرات يمكن أن يرفع متوسط ​​التدفق عبر القنوات العاملة في كل تمريرة.

وهذا قد يحسن نقل الحرارة بالحمل الحراري المحلي.

ومع ذلك، يجب أن يظل انخفاض الضغط الناتج مقبولاً.

بالنسبة للسوائل شديدة اللزوجة، لا تعد السرعة الأعلى والمزيد من التمريرات الحل الصحيح تلقائيًا لأن اللزوجة يمكن أن تخلق مقاومة إضافية كبيرة.

تظل الحسابات الحرارية والهيدروليكية الخاصة بالسوائل ضرورية.

5.3 خذ بعين الاعتبار ترتيبات المرور غير المتساوية لظروف السوائل غير المتساوية

قد تختلف معدلات التدفق في الجانب الساخن والجانب البارد بشكل كبير.

في مثل هذه التطبيقات، قد لا ينتج الترتيب المتماثل سرعات قناة مناسبة على كلا الجانبين.

يمكن اعتبار ترتيب التمرير غير المتكافئ متوافقًا بشكل أفضل مع المتطلبات الهيدروليكية للمجريين.

على سبيل المثال، قد يستفيد جانب التدفق المنخفض من التمريرات الإضافية بينما يحتفظ جانب التدفق الأعلى بعدد أقل من التمريرات.

ومع ذلك، يمكن أن يؤثر التوجيه غير المتماثل على ملف تعريف درجة الحرارة والقوة الدافعة الحرارية الفعالة.

ويجب التحقق من ملاءمتها باستخدام هندسة المبادل الفعلية.

5.4 النظر في متطلبات التلوث والتنظيف

يمكن أن تؤثر سرعة التدفق على ميل بعض الرواسب إلى التراكم في قنوات الصفائح.

عند السرعة غير الكافية، قد تستقر بعض المواد المعلقة أو تلتصق بسهولة أكبر.

قد يؤدي ترتيب التمريرات المتعددة المصمم بشكل صحيح إلى تحسين ظروف القص المحلية في بعض الحالات، ولكن السرعة الأعلى لا تقضي على القشور الكيميائية أو التبلور أو جميع أشكال التلوث.

في التطبيقات التي تحتوي على مواد صلبة أو ألياف أو غيرها من المواد الصعبة، قد تكون هندسة القنوات المختلفة أكثر فائدة من مجرد إضافة تمريرات.

لهذه التطبيقات، دليلنا ل يوضح اختيار المبادل الحراري ذو الفجوة الواسعة متى ينبغي النظر في القنوات الأكبر أو الأكثر انفتاحًا.

5.5 تقييم الصيانة والتوسع المستقبلي

يمكن عمومًا فتح المبادلات الحرارية ذات الألواح الحشية للفحص والتنظيف عندما يسمح تصميمها بذلك.

يمكن لبعض الوحدات أيضًا استيعاب التغييرات في عدد اللوحات أو تكوينها.

ومع ذلك، فإن تحويل وحدة تمريرة واحدة موجودة إلى ترتيب تمريرات متعددة ليس بالأمر السهل دائمًا.

قد يتطلب الأمر لوحات دوارة مختلفة، أو حشوات، أو مكونات تقسيم، أو توصيلات، أو ترتيب إطار مناسب.

يجب التحقق من أي تحويل مقترح مقابل رسومات التجميع والتصميم الميكانيكي الخاصة بالشركة المصنعة.

تختلف المبادلات الحرارية ذات الألواح النحاسية لأن ألواحها متصلة بشكل دائم.

على الرغم من وجود تصميمات ملحومة متعددة التمريرات، إلا أنه لا يمكن عادةً إعادة تكوين توجيهها الداخلي بعد التصنيع.

للحصول على مقارنة أوسع للمعدات، راجع طوقا مقابل المبادلات الحرارية لوحة ملحومة.

6. مثال عملي: مقارنة تكوينات المرور الفردي والممرين

6.1 تحديد واجب الحرارة المطلوبة

فكر في تطبيق توضيحي للتبريد من سائل إلى سائل.

متطلبات تصميم الجانب الساخن هي:

معدل انتقال الحرارة المطلوب هو:

س = 10 × 4.18 × (55 − 50)

س = 209 كيلوواط

هذا هو الواجب الحراري المطلوب للجانب الساخن، بافتراض أن خصائص الموائع التقريبية مناسبة.

يجب أيضًا تحديد معدل التدفق في الجانب البارد ومتطلبات درجة الحرارة قبل الاختيار النهائي للمعدات.

6.2 قارن بين ترتيبي تدفق المرشحين

لنفترض أن المهندس يقوم بتقييم ترتيبين بناءً على عائلة لوحات قابلة للمقارنة:

• الخيار أ: ترتيب التمريرة الواحدة

• الخيار ب: ترتيب ثنائي التمرير على جانب سائل محدد

يتم توفير نفس معدل التدفق الإجمالي لكل مرشح.

قد ينتج عن الخيار B سرعة قناة أعلى لأن عددًا أقل من القنوات يعمل بالتوازي أثناء كل تمريرة.

ومع ذلك، قد يكون لها أيضًا انخفاض أكبر في الضغط.

لا يمكن إكمال الاختيار دون مراعاة ظروف التشغيل في الجانب البارد، ومنطقة نقل الحرارة النشطة، وترتيبات التوزيع، والمقاومة الهيدروليكية المحسوبة.

6.3 قارن باستخدام نفس قيود التصميم

ينبغي تقييم كلا المرشحين باستخدام:

1. نفس واجب الحرارة المطلوبة

2. ظروف تشغيل متطابقة للجانب الساخن والجانب البارد

3. نفس حدود انخفاض الضغط المسموح بها

4. خصائص السوائل ذات الصلة

5. نفس الافتراضات قاذورات والصيانة

6. ساعات التشغيل وتكاليف الطاقة المماثلة

إذا كان مرشح التمريرة الواحدة يلبي جميع المتطلبات بتكلفة دورة حياة مقبولة، فقد لا تقدم التمريرات الإضافية أي ميزة مفيدة.

إذا كان خيار التمريرة الواحدة لديه أداء غير مناسب لنقل الحرارة المحلية بينما يفي التكوين ثنائي المسار بالواجب الحراري وحدود انخفاض الضغط، فقد يكون ترتيب التمريرات المتعددة هو الأفضل.

هذه سيناريوهات اختيار توضيحية، وليست بيانات أداء تم التحقق منها لمنتج Aidear محدد.

7. الأخطاء الشائعة عند اختيار ترتيبات المرور

7.1 افتراض المزيد من التمريرات يؤدي دائمًا إلى زيادة الكفاءة

المزيد من التمريرات يمكن أن تزيد من سرعة القناة في التكوينات المناسبة.

ومع ذلك، فإن هذا لا يضمن كفاءة أعلى بشكل عام.

يجب تقييم انخفاض الضغط وضخ الطاقة والفعالية الحرارية.

7.2 التحديد فقط حسب منطقة نقل الحرارة

تعتبر مساحة اللوحة مهمة، ولكنها لا تحدد بشكل مستقل أداء المبادل.

إن سرعة القناة، وتوزيع السوائل، والقوة الدافعة الحرارية، وانخفاض الضغط المسموح به لها نفس القدر من الأهمية.

قد لا تكون حزمة الألواح الأكبر حجمًا ذات خصائص التدفق غير المتطابقة هي الحل الأفضل.

7.3 تجاهل ظروف التشغيل في الجانب البارد

لا يمكن تحديد ترتيب المرور بشكل موثوق باستخدام بيانات تصميم الجانب الساخن فقط.

تؤثر خصائص سائل الجانب البارد ودرجات الحرارة ومعدل التدفق وحدود الضغط على التكوين المناسب.

7.4 الخلط بين عدد التمريرات وعدد اللوحات

يحدد عدد الألواح الكثير من سطح نقل الحرارة المتاح وعدد القنوات المحتملة.

يحدد عدد التمرير كيفية توجيه السائل عبر مجموعات من القنوات.

ترتبط هذه المعلمات ببعضها البعض، ولكنها غير قابلة للتبديل.

7.5 بافتراض إمكانية تحويل كل مبادل ذو حشية إلى تمرير متعدد

يضمن الهيكل ذو الحشيات سهولة الصيانة ولكنه يحد من مرونة التكوين.

يتم تقييد تخطيط الأنابيب الداخلية من خلال ترتيب الألواح وترتيب الحشيات وأبعاد الإطار ومواقع التوصيل والتفاصيل الميكانيكية الأخرى.

يجب أن تتم الموافقة على أي تعديلات من خلال التصميم الفعلي للمبادل الحراري.

8. قائمة مراجعة اختيار المبادل الحراري للوحة للمشترين الصناعيين

قبل طلب عرض الأسعار، يجب على المشترين تزويد الشركة المصنعة بمعلومات عملية دقيقة.

8.1 أسئلة لطرحها على الشركة المصنعة

عند مقارنة المقترحات، فكر في طرح الأسئلة التالية:

• هل المبادل المقترح أحادي التمرير أم متعدد التمريرات؟

• ما عدد التمريرات المقدمة على كل جانب من السوائل؟

• ما هي سرعات القناة المحسوبة وانخفاض الضغط؟

• هل تم تقييم المعدات عند الحد الأدنى والحد الأقصى لظروف التدفق؟

• هل الترتيب المقترح يلبي درجات حرارة المخرج المطلوبة؟

• هل سيؤثر ترتيب الاتصال على التثبيت أو الصيانة؟

• هل يمكن للشركة المصنعة تقديم ملخص للحساب الحراري والرسومات ذات الصلة؟

للحصول على إرشادات ذات صلة، اقرأ كيفية تحديد حجم المبادل الحراري للوحة النحاسية ، وهو ما يفسر اعتبارات الاختيار الحراري الإضافية.

8.2 قارن تكلفة التشغيل الكاملة

لا ينبغي أن يكون سعر الشراء هو معيار الاختيار الوحيد.

يجب على المهندسين تقييم العلاقة بين:

• استثمار المبادلات الحرارية

• ضخ الطاقة

• متطلبات التنظيف والصيانة

• تعقيد التثبيت

• موثوقية التشغيل

• شروط الخدمة المتوقعة

إن المبادل منخفض التكلفة الذي يتطلب طاقة ضخ زائدة قد لا يوفر أقل تكلفة لدورة الحياة.

9. الأسئلة المتداولة حول المبادلات الحرارية للوحة أحادية التمرير ومتعددة التمريرات

9.1 هل المبادل الحراري للوحة متعددة الممرات أكثر كفاءة من التصميم أحادي المسار؟

ليس بالضرورة.

قد يؤدي التكوين متعدد التمريرات إلى تحسين نقل الحرارة عندما يزيد من سرعة القناة في ظل ظروف التشغيل المناسبة.

ومع ذلك، فإن انخفاض الضغط الإضافي قد يزيد من طاقة الضخ.

يجب تقييم الكفاءة الشاملة للنظام بأكمله.

9.2 هل يحتوي المبادل الحراري للوحة متعددة الممرات على انخفاض أعلى في الضغط؟

في كثير من الأحيان، نعم، عند مقارنة تكوينات مماثلة بنفس معدل تدفق السوائل الإجمالي.

قد تؤدي التمريرات الإضافية إلى زيادة سرعة القناة وطول مسار التدفق الإجمالي.

ومع ذلك، تعتمد خسائر الضغط الدقيقة على هندسة اللوحة، وتصميم المنفذ، وخصائص السوائل.

9.3 هل يمكن لمبادل حراري للوحة أحادية المرور أن يصل إلى درجة حرارة قريبة؟

نعم.

يمكن للمبادل الحراري للوحة ذات التيار المعاكس المصمم بشكل صحيح أن يحقق درجات حرارة قريبة في التطبيقات المناسبة.

تعتمد النتيجة على منطقة نقل الحرارة، وملامح درجة الحرارة، وخصائص السوائل، وظروف التدفق.

البناء متعدد التمريرات ليس مطلوبًا تلقائيًا.

9.4 هل يمكن للجانبين الساخن والبارد أن يكون لهما عدد مختلف من التمريرات؟

نعم، في تصميمات المبادلات الحرارية المناسبة.

يمكن استخدام ترتيبات تمرير غير متساوية لاستيعاب معدلات تدفق السوائل المختلفة أو المتطلبات الحرارية.

ويجب تقييم ملف درجة الحرارة الناتج وانخفاض الضغط بعناية.

9.5 هل يمكن أن يكون المبادل الحراري للوحة النحاسية متعدد التمريرات؟

نعم.

يتم تصنيع بعض المبادلات الحرارية ذات الألواح النحاسية بترتيبات التدفق الداخلي ثنائية المسار أو غيرها من ترتيبات التدفق الداخلي المتخصصة.

ومع ذلك، تعتمد هذه الإمكانية على تصميم المنتج المعين.

لا يمكن عادةً تغيير مبادل الألواح النحاسية التقليدي إلى ترتيب تمرير مختلف بعد التصنيع.

9.6 كيف أعرف ما إذا كان تطبيقي يحتاج إلى تصميم متعدد التمريرات؟

ابدأ بتقييم ترتيب مناسب لمرور واحد باستخدام واجب الحرارة الفعلي، وخصائص السوائل، ومتطلبات درجة الحرارة، ومعدلات التدفق، وقيود انخفاض الضغط.

إذا لم تتمكن من تقديم أداء مرضٍ، فقم بتقييم الأشكال الهندسية الأخرى للوحة أو تكوينات التمريرات المتعددة.

يجب أن يكون الاختيار النهائي مدعومًا بالحسابات الحرارية والهيدروليكية الخاصة بالشركة المصنعة.

10. الخلاصة: اختر ترتيب المرور الذي يناسب عمليتك

توفر المبادلات الحرارية ذات الألواح أحادية التمرير ومتعددة الممرات طرقًا مختلفة لإدارة تدفق السوائل عبر قنوات نقل الحرارة.

غالبًا ما تكون ترتيبات المرور الفردي جذابة بسبب توجيهها المباشر واحتمالية انخفاض مقاومتها الهيدروليكية.

قد تكون ترتيبات التمريرات المتعددة ذات قيمة عندما تكون سرعة القناة الإضافية أو التوزيع المختلف لمسارات التدفق ضرورية للوفاء بالواجب الحراري.

ومع ذلك، فإن زيادة عدد التمريرات يؤدي أيضًا إلى تغيير الخصائص الهيدروليكية وقد يزيد من متطلبات الضخ.

التصميم الصحيح يجب أن يوازن بين:

• القدرة على نقل الحرارة المطلوبة

• معدلات تدفق السوائل وخصائصها

• نهج درجة الحرارة

• سرعة القناة

• انخفاض الضغط المسموح به

• متطلبات القاذورات والصيانة

• تكاليف التثبيت ودورة الحياة

أفضل مبادل حراري للوحة ليس بالضرورة هو الذي يتمتع بأكبر عدد من التمريرات. وهو الذي يوفر الأداء الحراري المطلوب مع المقاومة الهيدروليكية المناسبة والموثوقية على المدى الطويل.

10.1 استكشاف حلول المبادلات الحرارية للوحة مع Aidear

توفر شركة Changzhou Aidear Refrigeration Technology Co., Ltd. حلول المبادلات الحرارية لتطبيقات التبريد الصناعي والتكييف والتبريد واسترداد الحرارة.

بالنسبة للمشاريع التي تتطلب ترتيبات تدفق محددة، يجب أن يبدأ اختيار المعدات بمراجعة واجب الحرارة، وخصائص السوائل، وظروف درجة الحرارة، وضغط الضخ المتاح، وقيود التثبيت.

استكشف مبادلاتنا الحرارية ذات الصفائح ذات الحشيات و المبادلات الحرارية ذات الألواح النحاسية لمعرفة المزيد حول فئات المنتجات المتاحة.

10.2 اطلب عرض أسعار مخصص للمبادل الحراري للوحة

هل تقارن المبادلات الحرارية ذات الألواح أحادية التمرير ومتعددة الممرات بمشروع صناعي؟

قم بمشاركة واجبات التدفئة أو التبريد المطلوبة، وأنواع السوائل، ودرجات حرارة المدخل والمخرج، ومعدلات التدفق، وانخفاض الضغط المسموح به مع Aidear.

يمكن لفريقنا مراجعة متطلبات التطبيق الخاص بك ومناقشة خيارات المبادلات الحرارية اللوحية المناسبة، والتي تخضع للتقييم الفني وتوافر التكوين.

اطلب عرض أسعار مخصصًا واعثر على حل نقل الحرارة المناسب لمشروعك.