Comment améliorer l’efficacité du transfert de chaleur des échangeurs de chaleur ?

Le principe de fonctionnement d'un échangeur de chaleur : le fluide circule à travers les espaces ondulés de l'échangeur de chaleur à un débit très faible, créant un écoulement turbulent, obtenant ainsi un coefficient de transfert de chaleur relativement élevé. Nous pouvons conclure que l’efficacité du transfert de chaleur est étroitement liée à la forme et à la structure des plaques ondulées à l’intérieur de l’échangeur de chaleur et à l’état d’écoulement du fluide. Quelles méthodes spécifiques peuvent être utilisées pour améliorer l’efficacité du transfert de chaleur d’un échangeur de chaleur ?

La plaque est le noyau de transfert de chaleur de la plaqueéchangeur de chaleur. Sa conductivité thermique et la conception du canal d'écoulement déterminent directement la capacité de transfert de chaleur de base et doivent d'abord être optimisées dès la source.

1. Choisissez des matériaux à haute conductivité thermique comme plaques

Nous pouvons choisir l'acier inoxydable 304, l'acier inoxydable 316L, l'alliage de cuivre et l'alliage de titane comme plaques. L'acier inoxydable a une bonne conductivité thermique et un prix relativement raisonnable. Il a une haute résistance, de bonnes performances d'estampage et ne s'oxyde pas facilement dans des environnements difficiles.

2. structure ondulée de plaque efficace assortie

La conception de l'ondulation de la plaque détermine la forme du canal d'écoulement et affecte directement l'intensité de la perturbation du fluide (plus la perturbation est forte, plus la couche limite est fine et plus le coefficient de transfert de chaleur par convection est élevé). Le type d'ondulation doit être sélectionné en fonction des exigences de viscosité du fluide et de transfert de chaleur :

3. Conception raisonnable de la quantité de plaques et de la combinaison de canaux d'écoulement

Le nombre de plaques détermine la surface totale de transfert de chaleur (A) et la combinaison de canaux d'écoulement (simple-passe/multi-passe) affecte le débit du fluide. Il est nécessaire de l'adapter avec précision en fonction de la « charge de transfert thermique » :Calcul du nombre de plaques : D'après la formule Q=K×A×ΔTₘ (Q est la charge d'échange thermique, ΔTₘ est la différence de température moyenne logarithmique), après avoir déterminé la valeur K et ΔTₘ, calculer inversement la surface minimale de transfert thermique requise. Ensuite, en fonction de la surface effective d'une seule plaque (par exemple, la surface de plaque couramment utilisée est de 0,1-0,5㎡), calculez le nombre de plaques. Il est recommandé de réserver une marge de 10 à 15 % pour faire face aux fluctuations de charge à court terme.

Optimisation de la combinaison de canaux d'écoulement : augmentez ou diminuez le nombre de chemins d'écoulement pour augmenter la vitesse d'écoulement jusqu'à la plage turbulente (Re > 300 est recommandé dans le chemin d'écoulement des plaques). Si la vitesse d'écoulement est trop faible (par exemple, Re=150 dans un seul chemin d'écoulement, écoulement laminaire), passez à un "deux- chemin d'écoulement" (le fluide circule d'avant en arrière dans la plaque, doublant le chemin et la vitesse d'écoulement, et augmentant Re à 300, entrant ainsi dans un écoulement turbulent).

4. Réduisez l'épaisseur des plaques dans le unité d'échangeur de chaleur

La conductivité thermique est fortement affectée par l'épaisseur de la plaque elle-même. Des expériences de recherche ont montré que dans un échangeur de chaleur à plaques symétriques, chaque réduction de 0,1 mm de l'épaisseur de la plaque peut augmenter le système de transfert de chaleur global de 600 W, tandis que dans un appareil asymétrique, il peut augmenter de 500 W. Par conséquent, dans l’optique de répondre aux exigences de performances mécaniques de l’échangeur de chaleur, plus l’épaisseur de la plaque est conçue, plus la conductivité thermique est élevée.

5. Forme de la section ondulée

Bien que la répartition des contraintes lors de la compression soit relativement uniforme lorsque la section ondulée-est triangulaire, le coefficient de transfert thermique de la plaque à chevrons, relativement difficile à traiter, est plus élevé. De plus, plus l'angle de la conception ondulée est grand, plus la vitesse d'écoulement du fluide dans le canal d'écoulement entre les branches de la plaque est élevée, de sorte que le coefficient de transfert de chaleur sera plus élevé.

6. Nettoyez la balance sur la plaque à temps

Lorsque le tartre sur la plaque est supérieur à 1 mm, l'efficacité globale du transfert de chaleur de l'équipement sera réduite de 10 %. Par conséquent, un équipement de filtrage doit être ajouté à l’entrée et l’échangeur de chaleur doit être nettoyé régulièrement. Ce n'est qu'ainsi que l'épaisseur du tartre sur la plaque peut être réduite et l'efficacité de l'échange thermique être stabilisée à un état relativement niveau.