Procédé échangeur de chaleur à plaques et ailettes - 5 types d'ailettes

Les ailettes jouent un rôle crucial dans les échangeurs de chaleur à plaques et à ailettes, remplissant la fonction principale de transfert de chaleur. Ces ailettes sont généralement fabriquées à partir d'une feuille d'aluminium de type 3003, avec des épaisseurs allant d'environ 0,15 à 0,3 millimètres, fournissant efficacement une surface supplémentaire à l'échangeur, améliorant ainsi l'efficacité de l'échange thermique. La technologie de brasage assure une connexion étroite entre les ailettes et les plaques de séparation, permettant à la chaleur d'être transférée efficacement à travers les ailettes vers le support froid, c'est-à-dire le fluide refroidi. Ce mode de transfert de chaleur n'étant pas direct, les ailettes sont parfois appelées « surfaces secondaires ».

De plus, les ailettes améliorent la résistance structurelle entre les plaques de séparation. Malgré la fragilité du matériau, leur conception leur permet de résister à des pressions plus élevées, ce qui est particulièrement crucial dans les applications à haute pression. En choisissant des matériaux, des épaisseurs et des conceptions structurelles appropriées, les ailettes sont capables d'optimiser les performances d'échange thermique tout en conservant une résistance élevée.

Plain fin

Les ailettes plates, en raison de leur structure simple, ont en effet des coefficients de résistance à l'écoulement de fluide et de transfert de chaleur relativement inférieurs, ce qui les rend très courantes dans les applications d'ingénierie, en particulier dans les systèmes ayant des exigences moindres en matière de résistance à l'écoulement. En raison de leur grande surface, ils peuvent améliorer efficacement la turbulence du fluide sur la surface des ailettes, favorisant ainsi le transfert de chaleur. Dans le même temps, en raison de leur efficacité de transfert de chaleur élevée, en particulier lors des processus de transfert de chaleur côté liquide ou de changement de phase (tels que la condensation ou l'évaporation), les ailettes plates peuvent absorber ou libérer la chaleur plus efficacement.

Lorsque le liquide s'écoule, puisque la capacité thermique des liquides est généralement supérieure à celle des gaz, l'application d'ailettes plates du côté liquide peut permettre un échange thermique efficace. De plus, lors des processus d'échange thermique à changement de phase, tels que dans les évaporateurs ou les condenseurs, où un changement de phase se produit à la surface des ailettes, ce processus s'accompagne de l'absorption ou de la libération de chaleur latente, ce qui peut grandement améliorer l'efficacité de l'échange thermique. Ainsi, l’utilisation d’ailettes plates dans ces situations permet d’assurer de bonnes performances de transfert thermique tout en contrôlant la perte de charge du fluide.

Aileron décalé

La conception des ailettes en dents de scie améliore en effet l'efficacité du transfert de chaleur en augmentant la turbulence du fluide, intensifiant ainsi l'échange thermique. Étant donné que ces segments courts sont disposés de manière discontinue, ils peuvent perturber efficacement la couche limite thermique, ce qui réduit la résistance thermique et rend le transfert de chaleur plus efficace. Cependant, cette conception entraîne également une augmentation de la résistance à l'écoulement, car le fluide rencontre plus de résistance lorsqu'il traverse ces ailettes irrégulières.

Étant donné que les ailettes en dents de scie peuvent améliorer considérablement les performances de transfert de chaleur, elles sont souvent utilisées dans les situations où un échange de chaleur très élevé est requis. En particulier dans les processus de transfert de chaleur côté gaz et côté huile, les échangeurs de chaleur à haut rendement peuvent améliorer considérablement les performances de l'ensemble du système. Lors de la conception de tels échangeurs de chaleur, une considération délicate doit être faite entre l'efficacité et la chute de pression pour garantir que les performances globales du système sont optimisées.

Aileron perforé

Les ailettes poreuses sont un type d'ailettes d'échangeur de chaleur fabriquées en perforant le matériau des ailettes, puis en le formant par emboutissage. Les petits trous à la surface de ces ailettes peuvent perturber efficacement la couche limite thermique, augmentant ainsi la turbulence du fluide et améliorant l'efficacité du transfert de chaleur. La présence de ces minuscules trous contribue non seulement à la répartition uniforme du fluide sur la surface des ailettes, optimisant ainsi davantage le transfert de chaleur, mais favorise également les processus de changement de phase, rendant le transfert de chaleur plus efficace. Cependant, les trous conduisent également à une réduction de la surface effective de transfert de chaleur des ailettes et à une diminution de la résistance globale des ailettes.

En raison de leurs caractéristiques uniques, les ailettes poreuses sont souvent utilisées comme aubes directrices pour améliorer l'uniformité de la distribution des fluides à l'intérieur des échangeurs de chaleur ou pour utiliser leurs capacités améliorées de transfert de chaleur à changement de phase dans les échangeurs de chaleur à changement de phase. Dans le même temps, tout en garantissant une efficacité de transfert thermique élevée, ils peuvent également maintenir un niveau modéré de résistance à l'écoulement, ce qui rend les ailettes poreuses adaptées aux applications telles que les refroidisseurs intermédiaires, qui nécessitent un équilibre entre un échange thermique efficace et des chutes de pression d'écoulement modérées. Lors de la conception, une prise en compte approfondie des performances de transfert de chaleur et de la résistance des ailettes est nécessaire pour garantir que l'échangeur de chaleur peut fonctionner en toute sécurité tout en obtenant de bons effets d'échange de chaleur.

Nageoire ondulée

Les ailettes ondulées, avec leur conception unique en forme d'onde estampée, améliorent les performances de transfert de chaleur tout en offrant une excellente fonctionnalité autonettoyante. Cette conception de forme d'onde modifie le trajet de l'écoulement du fluide, provoquant des changements constants dans la direction du fluide dans les canaux, ce qui favorise considérablement la formation de turbulences, augmente l'énergie cinétique du fluide et perturbe ainsi efficacement la couche limite de résistance thermique, améliorant ainsi le transfert de chaleur.

La densité et la hauteur des ondulations déterminent directement l'intensité du transfert de chaleur. Plus les ondulations sont denses et hautes, plus il y a de possibilités de formation de tourbillons et plus les turbulences sont élevées, ce qui augmente l'efficacité du transfert de chaleur. D'après les informations que vous avez fournies, les ailettes ondulées peuvent rivaliser avec les ailettes en dents de scie en termes de performances de transfert de chaleur, les deux étant des conceptions d'ailettes d'échangeur de chaleur très efficaces.

De plus, la structure des ailettes ondulées n'est pas facilement obstruée par des débris, et même en cas d'obstruction, les débris sont relativement faciles à éliminer. Cette fonctionnalité est particulièrement précieuse pour la maintenance et le nettoyage des échangeurs de chaleur, car elle peut réduire les temps d'arrêt et améliorer la disponibilité et la fiabilité des équipements. Les avantages des ailettes ondulées sont particulièrement importants lors de la manipulation de fluides à forte teneur en impuretés ou dans des environnements sales. Lors de la conception d'échangeurs de chaleur, opter pour des ailettes ondulées peut non seulement obtenir de bons effets d'échange thermique, mais peut également réduire les coûts de maintenance liés à un fonctionnement à long terme.

Aileron à persiennes

Le principe de conception des ailettes à persiennes vise à former des formes d'ailettes avec une plus grande surface d'échange thermique, améliorant ainsi l'efficacité du transfert de chaleur. En coupant les ailettes pour créer des espaces similaires aux stores à persiennes, cela permet au fluide de générer des turbulences relativement importantes lors de son passage à travers les ailettes. Cette conception augmente les chances que la surface d'échange thermique entre en contact avec le fluide, améliorant ainsi l'efficacité du transfert de chaleur.

Cependant, cette conception en forme de persienne signifie également que les zones coupées sont plus sujettes à l'accumulation de poussière et d'autres débris, qui peuvent obstruer les passages, restreindre excessivement le flux d'air, affectant ainsi la capacité de transfert de chaleur et pouvant conduire à une diminution de l'efficacité de fonctionnement de l'équipement. Pour cette raison, les départements ou les applications qui accordent une importance particulière à la propreté et à la maintenabilité des équipements, tels que le département Atlas Oilfree, peuvent spécifier de ne pas utiliser ce type de conception d'ailettes.

Malgré le risque potentiel de colmatage, les ailettes présentent des avantages significatifs en termes d’efficacité de fabrication. Au cours du processus de production, ces ailettes peuvent être produites rapidement au moyen d'une machine à rouler les ailettes, ce qui rend les ailettes particulièrement adaptées à la production de masse, en particulier dans la fabrication d'échangeurs de chaleur pour l'industrie automobile. Ce type d'échangeur de chaleur est économique et pratique dans les situations où un grand nombre de produits standardisés sont nécessaires avec des exigences spécifiques en matière de performances de transfert de chaleur. Compte tenu de l’efficacité du transfert de chaleur, du coût de production et de la facilité de nettoyage, les ailettes à grille présentent à la fois des défis et des avantages indéniables dans des applications spécifiques.

En résumé

Chaque type d'aileron a son caractère unique et offre des solutions optimisées pour différents besoins industriels. Les ailerons droits sont largement utilisés en raison de leur fiabilité économique ; les ailettes en dents de scie conviennent aux espaces restreints qui nécessitent des performances de transfert de chaleur élevées ; les ailettes poreuses présentent des avantages particuliers dans l'échange thermique à changement de phase ; les ailettes ondulées présentent un avantage pour éviter le colmatage et l'entretien ; tandis que les ailettes à persiennes à haute efficacité de fabrication conviennent à la production de masse au niveau du consommateur. Les principes de conception et les caractéristiques fonctionnelles de ces cinq types d'ailettes offrent sans aucun doute une variété de choix pour créer des systèmes d'échange thermique plus efficaces et plus rentables. Grâce à une conception et une application précises, ils démontrent chacun leur valeur et leur importance uniques dans le domaine de la technologie des échanges thermiques.