Como o trocador de calor de aletas de placas equilibra a contradição entre eficiência de troca de calor e queda de pressão?

Em Trocador de calor de aleta de placa , o equilíbrio entre a eficiência da troca de calor e a queda de pressão é um desafio importante do projeto. Normalmente, existe uma relação antagônica entre a eficiência da troca de calor e a queda de pressão, a saber:

Melhorar a eficiência da troca de calor geralmente significa aumentar a área de troca de calor ou melhorar as características turbulentas do fluido, o que aumentará a resistência ao atrito do fluido, resultando em um aumento na queda de pressão.

A redução da queda de pressão geralmente requer a redução da resistência ao fluxo, como aumentar o caminho de fluxo do fluido, reduzir a área das aletas ou alterar o design do canal de fluxo, o que pode levar a uma diminuição na eficiência da troca de calor.

Como equilibrar a contradição entre eficiência de troca de calor e queda de pressão:

Otimize o design das aletas
Forma e disposição das aletas: A forma, espessura, espaçamento e disposição das aletas afetam diretamente o fluxo e a eficiência da troca de calor do fluido. Por exemplo, o uso de aletas onduladas ou aletas em espiral pode aumentar a turbulência do fluido, melhorar a eficiência da troca de calor e tornar o caminho do fluxo mais complexo, melhorando assim a distribuição do fluido. No entanto, tal projeto muitas vezes aumenta a queda de pressão, por isso é necessário encontrar um projeto de aleta adequado com base nos requisitos específicos do sistema.

Seleção do espaçamento das aletas: Aumentar o espaçamento das aletas pode reduzir a resistência do fluido e, assim, reduzir a queda de pressão, mas um espaçamento muito grande reduzirá a área de troca de calor e afetará a eficiência da troca de calor. Portanto, o espaçamento das aletas deve ser otimizado de acordo com a demanda de carga térmica e a vazão do fluido.

Projeto e otimização do canal de fluxo
Projeto do caminho do fluxo do fluido: Em um trocador de calor de placas aletadas, o comprimento e a complexidade do caminho do fluido afetarão a perda de pressão do fluido. Ao projetar, tente fazer com que o caminho do fluxo do fluido aumente a área de troca de calor sem aumentar muito a resistência ao fluxo. Por exemplo, um projeto de canal de fluxo escalonado pode ser usado para aumentar a área de contato entre o fluido e a aleta enquanto mantém uma baixa queda de pressão.

Combinação de canais de fluxo paralelo e em série: Ao combinar razoavelmente canais de fluxo paralelo e em série, a eficiência da troca de calor pode ser maximizada, mantendo uma baixa queda de pressão. Canais de fluxo paralelo podem reduzir a resistência do fluido que passa por cada canal, enquanto canais de fluxo em série ajudam a aumentar a área de troca de calor.

Seleção e otimização de fluidos
Propriedades do fluido: A seleção de um fluido de trabalho adequado, especialmente considerando a viscosidade, densidade e condutividade térmica do fluido, tem um impacto importante no controle da eficiência da troca de calor e da queda de pressão. De modo geral, os fluidos de baixa viscosidade apresentam uma queda de pressão menor quando fluem em um trocador de calor, mas sua condutividade térmica pode ser menor, o que pode resultar em baixa eficiência de troca de calor. Em contraste, os fluidos de alta viscosidade podem melhorar a eficiência da troca de calor, mas são propensos a aumentar a queda de pressão. Portanto, é necessário selecionar o fluido apropriado de acordo com o cenário específico de aplicação.

Use sistema multifluido

Transferência de calor multifluido: Em algumas aplicações, a queda de pressão em cada canal de fluido pode ser reduzida pela introdução da transferência de calor multifluido. Por exemplo, um projeto de fluxo dividido pode ser usado para fazer diferentes fluidos fluírem em diferentes canais de fluxo para otimizar a queda de pressão e o efeito de troca de calor.

Controle razoável da taxa de fluxo
Otimização da vazão: Quanto maior a vazão, mais forte o efeito de turbulência, maior a eficiência da troca de calor, mas ao mesmo tempo a queda de pressão também aumenta. Portanto, é muito importante escolher a vazão de maneira razoável. Normalmente, a vazão de um trocador de calor de placas aletadas é ajustada entre 1,5 e 4 m/s. Ao otimizar a vazão por meio de simulação numérica e experimento, pode-se encontrar um equilíbrio entre a eficiência da troca de calor e a queda de pressão.

Use superfícies de troca de calor eficientes
Controle da rugosidade da superfície: Ao projetar e melhorar a superfície (como tornar a superfície áspera, pulverizar ou cobrir com revestimentos especiais), a capacidade de transferência de calor da superfície do trocador de calor pode ser aumentada, a resistência térmica pode ser reduzida e a eficiência da troca de calor pode ser melhorada, enquanto a perda de pressão do fluxo pode ser controlada até certo ponto.

Otimizando o tamanho do trocador de calor
Durante o projeto, a área de troca de calor pode ser aumentada aumentando o tamanho do trocador de calor (aumentando o número de aletas e o comprimento do canal de fluxo), mas um tamanho muito grande pode resultar em queda excessiva de pressão. A otimização do tamanho requer encontrar o melhor ponto entre a demanda de troca de calor e a queda de pressão permitida.

Para equilibrar a contradição entre a eficiência da troca de calor e a queda de pressão, é necessário considerar de forma abrangente fatores como o design das aletas, a otimização do canal de fluxo, a seleção de fluidos e o controle da taxa de fluxo. Através de simulação numérica, verificação experimental e otimização do sistema, a queda de pressão pode ser controlada dentro de uma faixa aceitável, ao mesmo tempo que atende aos requisitos de troca de calor. Essa otimização geralmente é um processo iterativo que requer ajustes e melhorias contínuas em aplicações práticas.