skip to Main Content
مجموعه پست‌های مبدل های حرارتی

انواع مبدل های حرارتی ( Heat Exchangers):

مبدل حرارتی تجهیزی است که در آن تبادل حرارت بین دو سیال یا منبع سرد و گرم صورت می گیرد. هدف از بکار گیری آن، خنک کردن یا گرم کردن یک سیال به کمک سیال دیگر، دفع حرارت به محیط و یا خنک کردن و گرم کردن یک فضاست. این عملیات می تواند بین مایع- مایع ، گاز- گاز و یا گاز- مایع انجام شود. مبدل های حرارتی تقریباً پرکاربرد ترین عضو در فرآیند های شیمیایی اند و می توان آن ها را در بیشتر واحدهای صنعتی ملاحظه کرد. در این مقاله به صورت جامع انواع مبدل های حرارتی ، نحوه عملکرد مبدل های حرارتی و ساختار مبدل های حرارتی مورد بررسی قرار گرفته شده است.

انواع مبدل های حرارتی

مبدل های حرارتی در محدوده وسیعی از کاربردها استفاده می شوند. این کاربردها شامل نیروگاه ها، پالایشگاه ها، صنایع پتروشیمی، صنایع ساخت و تولید، صنایع فرآیندی، صنایع غذایی و دارویی، صنایع ذوب فلز، گرمایش، تهویه مطبوع، سیستم های تبرید و کاربردهای فضایی می باشند. مبدل های حرارتی در دستگاه های مختلف نظیر دیگ بخار، مولد بخار، کندانسور، اواپراتور، تبخیر کننده ها، برج خنک کن، پیش گرم کن فن کویل، خنک کن و گرم کن روغن، رادیاتور ها، کوره ها و … کاربرد فراوان دارند.

دسته بندی مبدل های حرارتی

مبدل های حرارتی را می توان از جنبه های مختلف دسته بندی کرد :

انواع مبدل های حرارتی بر اساس آرایش جریان:

۱- مبدل های حرارتی با جریان همسو (Cocurrent flow)

در این نوع مبدل ها جریان سرد و گرم موازی یکدیگر و جهت جریان سیال گرم و سرد آن ها موافق یکدیگر می باشند. یعنی دو جریان سیال ، از یک انتها به مبدل وارد می شوند و هر دو در یک جهت جریان می یابند و از انتهای دیگر خارج می شوند. نکته ای که باید به آن توجه داشت این است که دمای سیال سرد خروجی از مبدل هیچگاه به دمای سیال گرم خروجی نمی رسد. نزدیک شدن مقدار عددی دو دمای مذکور مستلزم بکارگیری سطح انتقال حرارت موثر بسیار بزرگی می باشد.

انواع مبدل های حرارتی

با توجه به شکل فوق، سیال گرم درون لوله و سیال سرد در قسمت پوسته مبدل در جریان است. در این مبدل جریان سرد و گرم به صورت موازی و هم سو می باشند. یعنی هر دو جریان از قسمت A وارد شده و از قسمت B خارج می شوند. سیال سرد درون پوسته توسط سیال گرم تر، گرم می شود. نمودار فوق نیز نشان دهنده کاهش دمای سیال گرم تر و افزایش دمای سیال سرد تر می باشد. درون مبدل حرارتی با جریان همسو، همواره دمای سیال سرد، در هر مقطع از مبدل حرارتی کمتر از دمای سیال گرم می باشد. در این نوع از مبدل ها، در نقطه ورودی بیشترین اختلاف دما و در نتیجه بیشترین انتقال حرارت وجود دارد. همچنین در نقطه خروجی کم ترین اختلاف دما و کم ترین انتقال حرارت وجود دارد.

۲- مبدل های حرارتی با جریان غیر همسو (Countercurrent flow):

در شرایطی که جریان سیال سرد و گرم موازی یکدیگر و در خلاف جهت هم باشند، مبدل را جریان غیر همسو می نامند. باید توجه داشت در این نوع مبدل ها امکان بیشتر بودن دمای سیال سرد خروجی نسبت به سیال گرم خروجی وجود دارد. این مبدل ها در شرایط یکسان از سطح انتقال حرارت کمتری نسبت به مبدل های همسو برخوردار هستند.

انواع مبدل های حرارتی

با توجه به شکل فوق، سیال گرم درون لوله و سیال سرد در قسمت پوسته مبدل در جریان است. در این مبدل جریان سرد و گرم به صورت موازی و غیر هم سو می باشند. سیال سرد درون پوسته توسط سیال گرم تر، گرم می شود. نمودار فوق نیز نشان دهنده کاهش دمای سیال گرم تر و افزایش دمای سیال سرد تر می باشد. درون مبدل حرارتی با جریان همسو، همواره دمای سیال سرد، در هر مقطع از مبدل حرارتی کمتر از دمای سیال گرم می باشد. در مبدل های با جریان مخالف، تقریبا در هر مقطعی از مبدل، اختلاف دمای سیال سرد و گرم یکسان می باشد. لذا سرعت انتقال حرارت در همه نقاط مبدل تقریبا یکسان می باشد.

۳- مبدل های حرارتی از نوع جریان عمود بر هم (Cross flow):

در این نوع مبدل ها جهت جریان های سرد و گرم عمود بر هم می باشند. به عنوان متداول ترین نمونه می توان از رادیاتور اتومبیل نام برد. در آرایش جریان عمود بر هم ، بسته به طراحی ، جریان مخلوط یا غیر مخلوط نامیده می شود. سیال داخل لوله ها چون اجازه حرکت در راستای عرضی را نخواهد داشت غیر مخلوط است. سیال بیرونی برای لوله های بی پره مخلوط است چون امکان جریان عرضی سیال و یا مخلوط شدن آن وجود دارد و برای لوله های پره دار غیر مخلوط است زیرا وجود پره ها مانع از جریان آن در جهت عمود بر جهت اصلی جریان می شود.

انواع مبدل های حرارتی

در تصویر بالا نحوه عملکرد مبدل های حرارتی با جریان عمود بر هم را مشاهده می کنید. در تصویر سمت راست جریان عرضی مخلوط و در تصویر سمت چپ جریان عرضی غیر مخلوط می باشد.

انواع مبدل های حرارتی بر اساس نوع و سطح تماس سیال سرد و گرم:

۱- مبدل های حرارتی نوع Recuperative:

در این نوع از مبدل های حرارتی سیال سرد و گرم توسط یک سطح جامد ثابت از یکدیگر جدا شده اند و انتقال حرارت از طریق این سطح صورت می گیرد. در این نوع مبدل ها این سطوح جامد باید دارای ضریب انتقال حرارت بالایی باشند تا راندمان مبدل بالا باشد. معمولا این سطوح از جنس آلیاژهای فلزی ساخته می شوند. اکثر مبدل های موجود در صنعت از این دسته هستند.

۲- مبدل های حرارتی نوع Regenerative:

در این مبدل، سطح جدا کننده سیال سرد و گرم ثابت نبوده و به طور متناوب قسمت هایی از سطح مذکور در معرض حرکت سیال سرد یا گرم قرار می گیرند. این نوع مبدل ها بیشتر در مقیاس های آزمایشگاهی و تحقیقاتی مورد استفاده قرار می گیرند.

۳- مبدل های حرارتی نوع تماس مستقیم:

در این نوع مبدل های حرارتی ، سیال سرد و گرم به طور مستقیم تماس حاصل نموده (هیچ دیواره ای بین جریان های سرد و گرم وجود ندارد.) و تبادل انرژی یا حرارت انجام می گیرد. در مبدل های تماس مستقیم ، جریان ها، دو مایع غیر قابل اختلاط و یا یک گاز و یک مایع هستند. این مبدل ها معمولا از راندمان حرارتی بالایی برخوردارند. نمونه ای از این مبدل ها، برج های خنک کن ، کولرهای آبی و گرم کن های Open Feed Water Heater در نیروگاه های بخار می باشند.

مبدل های حرارتی برج خنک کن Cooling Tower

تصویر بالا یک برج خنک کن (Cooling Tower) را نشان می دهد که از نوع مبدل های حرارتی با تماس مستقیم می باشد. در برج های خنک کن، آب توسط جریان هوا سرد شده و برای مصارف صنعتی به کار می رود.

انواع مبدل های حرارتی بر اساس ساختمان مکانیکی و ساختار مبدل ها:

مبدل های حرارتی از نوع تماس غیر مستقیم یا همان انتقال حرارت از طریق دیواره را براساس ساختمان و مشخصات ساختاری آن ها به سه دسته زیر تقسیم بندی می کنند:

  1. مبدل های لوله ای  tubular heat exchanger)
  2. مبدل های صفحه ای (plate heat exchanger)
  3. مبدل های پره دار (finned heat exchanger)

انواع مبدل های حرارتی

چند نمونه از انواع مبدل های حرارتی- تصاویر شماره ۱ و ۲ مبدل های حرارتی لوله ای می باشند.تصویر شماره ۳ مبدل صفحه ای و تصویر ۴ یک مبدل حرارتی پره دار می باشد

دیدگاه بگذارید

1 دیدگاه برای "انواع مبدل های حرارتی"

avatar
  خبر دار شدن  
از
نیلوفر
مهمان

بسیار ممنون از مطالب عالیتون. سایت خیلی مفیدی دارید.

VimeoTelegramInstagramYoutube
Back To Top