Proces deskového výměníku tepla - 5 typů žeber

Žebra hrají klíčovou roli v deskových výměnících tepla a plní primární funkci přenosu tepla. Tato žebra jsou typicky vyrobena z hliníkové fólie typu 3003 s tloušťkou v rozmezí přibližně od 0,15 do 0,3 milimetru, účinně poskytující dodatečnou povrchovou plochu pro výměník, čímž se zvyšuje účinnost výměny tepla. Technologie pájení zajišťuje těsné spojení mezi žebry a přepážkovými deskami, což umožňuje efektivní přenos tepla přes žebra do nosiče chladu, tedy ochlazovaného média. Protože tento způsob přenosu tepla není přímý, jsou žebra někdy označována jako "sekundární povrchy".

Kromě toho žebra zvyšují strukturální pevnost mezi přepážkovými deskami. Navzdory křehkosti materiálu jim konstrukce umožňuje odolávat vyšším tlakům, což je zvláště důležité ve vysokotlakých aplikacích. Výběrem vhodných materiálů, tlouštěk a konstrukčních provedení jsou žebra schopna optimalizovat výkon výměny tepla při zachování vysoké pevnosti.

Naprosto v pohodě

Plochá žebra mají díky své jednoduché konstrukci skutečně relativně nižší odpor proudění tekutiny a koeficienty přestupu tepla, což je činí velmi rozšířenými v inženýrských aplikacích, zejména v systémech s nižšími požadavky na odpor proudění. Díky své velké ploše mohou účinně zvýšit turbulenci tekutiny nad povrchem žebra, čímž podporují přenos tepla. Plochá žebra mohou zároveň díky své vysoké účinnosti přenosu tepla, zejména během přenosu tepla na straně kapaliny nebo procesů změny fáze (jako je kondenzace nebo vypařování), účinněji absorbovat nebo uvolňovat teplo.

Když kapalina proudí, protože tepelná kapacita kapalin je obecně větší než u plynů, aplikace plochých žeber na straně kapaliny může dosáhnout účinné výměny tepla. Navíc během procesů výměny tepla s fázovou změnou, jako jsou výparníky nebo kondenzátory, kde dochází ke změně fáze na povrchu žeber, je tento proces doprovázen absorpcí nebo uvolňováním latentního tepla, což může výrazně zvýšit účinnost výměny tepla. Proto použití plochých žeber v těchto situacích může zajistit dobrý přenos tepla při řízení tlakové ztráty tekutiny.

Offset fin

Konstrukce pilového žebra skutečně zvyšuje účinnost přenosu tepla zvýšením turbulence tekutiny, čímž se zintenzivňuje výměna tepla. Jelikož jsou tyto krátké segmenty uspořádány nespojitě, mohou účinně narušit tepelnou mezní vrstvu, což snižuje tepelný odpor a zefektivňuje přenos tepla. Tato konstrukce však také vede ke zvýšení odporu proudění, protože tekutina naráží na větší odpor při průchodu těmito nepravidelnými žebry.

Protože pilová žebra mohou výrazně zlepšit výkon přenosu tepla, často se používají v situacích, kdy je vyžadována velmi vysoká výměna tepla. Zejména v procesech přenosu tepla na straně plynu a oleje mohou vysoce účinné výměníky tepla výrazně zlepšit výkon celého systému. Při navrhování takových výměníků tepla je třeba pečlivě zvážit účinnost a tlakovou ztrátu, aby se zajistila optimalizace celkového výkonu systému.

Perforovaná ploutev

Porézní žebra jsou typem žeber tepelného výměníku vyráběných perforací materiálu žebra a jeho následným tvarováním lisováním. Malé otvory na povrchu těchto žeber mohou účinně narušit tepelnou mezní vrstvu, a tím zvýšit turbulenci tekutiny a zvýšit účinnost přenosu tepla. Přítomnost těchto malých otvorů nejen pomáhá při rovnoměrném rozložení tekutiny na povrchu žebra, dále optimalizuje přenos tepla, ale také podporuje procesy fázových změn, čímž je přenos tepla efektivnější. Otvory však také vedou ke zmenšení účinné teplosměnné plochy žeber a snížení celkové pevnosti žeber.

Díky svým jedinečným vlastnostem se porézní žebra často používají jako vodicí lopatky pro zlepšení rovnoměrnosti distribuce tekutiny uvnitř výměníků tepla nebo pro využití jejich rozšířených schopností přenosu tepla s fázovou změnou ve výměnících tepla s fázovou změnou. Současně, při zajištění vysoké účinnosti přenosu tepla, mohou také udržovat střední úroveň průtokového odporu, takže porézní žebra jsou vhodná pro aplikace, jako jsou mezichladiče, které vyžadují rovnováhu mezi účinnou výměnou tepla a mírnými poklesy tlaku průtoku. Při návrhu je nutné komplexní zvážení výkonu přenosu tepla a pevnosti žebra, aby bylo zajištěno, že výměník tepla může pracovat bezpečně a zároveň dosáhnout dobrých účinků výměny tepla.

Vlnitá ploutev

Vlnitá žebra s jedinečným designem tvaru vlny zlepšují přenos tepla a zároveň poskytují vynikající samočistící funkci. Tento tvar vlny mění dráhu proudění tekutiny, což způsobuje neustálé změny směru tekutiny v kanálech, což výrazně podporuje tvorbu turbulencí, zvyšuje kinetickou energii tekutiny, a tím účinně narušuje mezní vrstvu tepelného odporu, čímž zlepšuje přenos tepla.

Hustota a výška vln přímo určují intenzitu přenosu tepla. Čím hustší a vyšší je zvlnění, tím více příležitostí pro tvorbu vírů a vyšší turbulence, což zase zvyšuje účinnost přenosu tepla. Na základě vámi poskytnutých informací mohou vlnitá žebra konkurovat pilovým žebrům, pokud jde o výkon přenosu tepla, přičemž obě jsou konstrukcemi vysoce účinných žeber výměníku tepla.

Struktura vlnitých žeber navíc není snadno zanášena úlomky a i v případě ucpání lze úlomky poměrně snadno odstranit. Tato funkce je zvláště cenná při údržbě a čištění výměníků tepla, protože může snížit prostoje a zlepšit dostupnost a spolehlivost zařízení. Výhody vlnitých žeber jsou zvláště výrazné při manipulaci s kapalinami s vysokým obsahem nečistot nebo ve znečištěném prostředí. Při navrhování výměníků tepla může volba vlnitých žeber nejen dosáhnout dobrých efektů výměny tepla, ale může také snížit náklady na údržbu dlouhodobého provozu.

Lžícená ploutev

Princip konstrukce lamel žaluzií je zaměřen na vytváření tvarů lamel s větší plochou pro výměnu tepla, čímž se zlepšuje účinnost přenosu tepla. Řezáním žeber, aby se vytvořily mezery podobné žaluziím, umožňuje tekutině vytvářet relativně velké turbulence při průchodu žebry. Tato konstrukce zvyšuje pravděpodobnost, že povrch výměny tepla přijde do kontaktu s tekutinou, čímž se zvyšuje účinnost přenosu tepla.

Tento design podobný žaluzii však také znamená, že řezané oblasti jsou náchylnější k hromadění prachu a jiných nečistot, které mohou ucpat průchody, nadměrně omezovat proudění vzduchu, čímž ovlivňují schopnost přenosu tepla a mohou vést ke snížení účinnosti provozu zařízení. Z tohoto důvodu mohou oddělení nebo aplikace, které kladou zvláštní důraz na čistotu a údržbu zařízení, jako je oddělení Atlas Oilfree, specifikovat, že tento typ konstrukce ploutví nebudou používat.

Navzdory potenciálnímu riziku ucpání mají lamely žaluzií významné výhody z hlediska efektivity výroby. Ve výrobním procesu mohou být tato žebra rychle vyrobena pomocí stroje na válcování žeber, díky čemuž jsou lamelová žebra obzvláště vhodná pro hromadnou výrobu, zejména při výrobě výměníků tepla v automobilovém průmyslu. Tento typ výměníku tepla je ekonomický a praktický v situacích, kdy je potřeba velké množství standardizovaných produktů se specifickými požadavky na výkon přenosu tepla. Vzhledem k účinnosti přenosu tepla, výrobním nákladům a snadnému čištění představují lamely ve specifických aplikacích výzvy i nesporné výhody.

V souhrnu

Každý typ ploutví má svou jedinečnost a poskytuje optimalizovaná řešení pro různé průmyslové potřeby. Rovné ploutve jsou široce používány kvůli jejich ekonomické spolehlivosti; pilová žebra jsou vhodná pro prostory s omezeným prostorem, které vyžadují vysoký přenos tepla; porézní žebra vykazují zvláštní výhody při výměně tepla s fázovou změnou; vlnitá žebra mají výhodu v tom, že zabraňují ucpávání a údržbě; zatímco lamelové lamely s vysokou výrobní efektivitou jsou vhodné pro spotřebitelskou hromadnou výrobu. Konstrukční principy a funkční charakteristiky těchto pěti typů žeber nepochybně nabízejí různé možnosti pro vytvoření účinnějších a cenově výhodnějších systémů výměny tepla. Přesným designem a aplikací každý z nich demonstruje svou jedinečnou hodnotu a důležitost v oblasti technologie výměny tepla.