Hvordan balancerer Pladefinnevarmeveksler modsætningen mellem varmevekslingseffektivitet og trykfald?

I Pladefinne varmeveksler , balancen mellem varmevekslingseffektivitet og trykfald er en vigtig designudfordring. Normalt er der et antagonistisk forhold mellem varmevekslingseffektivitet og trykfald, nemlig:

Forbedring af varmevekslingseffektiviteten betyder normalt at øge varmevekslingsarealet eller at forbedre væskens turbulente egenskaber, hvilket vil øge væskens friktionsmodstand, hvilket resulterer i en stigning i trykfaldet.

Reduktion af trykfald kræver normalt reduktion af strømningsmodstanden, såsom at øge væskens strømningsvej, reducere ribbernes areal eller ændre strømningskanaldesignet, hvilket kan føre til et fald i varmevekslingseffektiviteten.

Sådan afbalanceres modsætningen mellem varmevekslingseffektivitet og trykfald:

Optimer finnedesign
Finneform og arrangement: Formen, tykkelsen, afstanden og arrangementet af finnerne påvirker direkte væskens strømnings- og varmeudvekslingseffektivitet. For eksempel kan brug af bølgede finner eller spiralfinner øge væskens turbulens, forbedre varmevekslingseffektiviteten og gøre strømningsvejen mere kompleks og derved forbedre væskefordelingen. Et sådant design øger dog ofte trykfaldet, så det er nødvendigt at finde et passende finnedesign baseret på de specifikke krav til systemet.

Valg af finneafstand: Forøgelse af finneafstanden kan reducere væskemodstanden og dermed reducere trykfaldet, men for stor afstand vil reducere varmevekslerområdet og påvirke varmevekslingseffektiviteten. Derfor bør finneafstanden optimeres i henhold til varmebelastningsbehovet og væskestrømningshastigheden.

Flowkanaldesign og optimering
Design af væskestrømningsvej: I en plade-finnevarmeveksler vil længden og kompleksiteten af væskebanen påvirke væskens tryktab. Når du designer, prøv at få væskestrømningsvejen til at øge varmevekslingsområdet uden at øge for meget strømningsmodstand. For eksempel kan et forskudt strømningskanaldesign bruges til at øge kontaktarealet mellem væsken og finnen, samtidig med at et lavt trykfald opretholdes.

Parallel- og seriestrømskanalkombination: Ved rimeligt at kombinere parallelle og seriestrømskanaler kan varmevekslingseffektiviteten maksimeres og samtidig opretholde et lavt trykfald. Parallelle strømningskanaler kan reducere modstanden af ​​væsken, der passerer gennem hver kanal, mens seriestrømskanaler hjælper med at øge varmevekslingsarealet.

Væskevalg og optimering
Væskeegenskaber: Valg af en passende arbejdsvæske, især i betragtning af væskens viskositet, tæthed og termiske ledningsevne, har en vigtig indflydelse på styring af varmevekslingseffektivitet og trykfald. Generelt har lavviskositetsvæsker et mindre tryktab, når de strømmer i en varmeveksler, men deres varmeledningsevne kan være lavere, hvilket kan resultere i dårlig varmevekslingseffektivitet. I modsætning hertil kan væsker med høj viskositet forbedre varmevekslingseffektiviteten, men er tilbøjelige til at øge trykfaldet. Derfor er det nødvendigt at vælge den passende væske i henhold til det specifikke anvendelsesscenarie.

Brug multi-væske system

Multi-væske varmeoverførsel: I nogle applikationer kan trykfaldet i hver væskekanal reduceres ved at indføre multi-væske varmeoverførsel. For eksempel kan et split flow design bruges til at få forskellige væsker til at strømme i forskellige strømningskanaler for at optimere trykfaldet og varmevekslingseffekten.

Rimelig kontrol af flowhastighed
Optimering af flow: Jo større flow, jo stærkere turbulenseffekt, jo højere varmevekslingseffektivitet, men samtidig øges trykfaldet også. Derfor er det meget vigtigt at vælge strømningshastigheden med rimelighed. Normalt justeres flowhastigheden af ​​en plade-finne-varmeveksler mellem 1,5 og 4 m/s. Ved at optimere flowhastigheden gennem numerisk simulering og eksperiment kan der findes en balance mellem varmevekslingseffektivitet og trykfald.

Brug effektive varmevekslerflader
Kontrol af overfladeruhed: Ved at designe og forbedre overfladen (såsom ru overfladen, sprøjtning eller belægning med specielle belægninger), kan varmeoverførselskapaciteten af varmeveksleroverfladen øges, den termiske modstand kan reduceres, og varmevekslingseffektiviteten kan forbedres, mens tryktabet af flowet kan kontrolleres til en vis grad.

Optimering af størrelsen på varmeveksleren
Under konstruktionen kan varmevekslerarealet øges ved at øge størrelsen af varmeveksleren (øge antallet af finner og længden af flowkanalen), men en for stor størrelse kan resultere i for stort trykfald. Størrelsesoptimering kræver, at man finder det bedste punkt mellem varmeudvekslingsbehovet og det tilladte trykfald.

For at afbalancere modsætningen mellem varmevekslingseffektivitet og trykfald er det nødvendigt at overveje faktorer som f.eks. finnedesign, flowkanaloptimering, væskevalg og flowhastighedskontrol grundigt. Gennem numerisk simulering, eksperimentel verifikation og systemoptimering kan trykfaldet styres inden for et acceptabelt område, samtidig med at varmevekslingskravene opfyldes. Denne optimering er normalt en iterativ proces, der kræver kontinuerlig justering og forbedring af praktiske applikationer.