Isı emici kanatçıklar ve paralel akışlı kanatçıklı ısı eşanjörü tasarımı

Kondenser uygulamaları için ısı emici kanatçıkların tasarım ilkeleri

Kanatçıklar, konvektif ısı transferini artırmak için tüplerin veya plakaların etkin dış yüzey alanını arttırır. Kondenserlerde (gazdan sıvıya veya buhardan sıvıya), gerekli ısı reddini sağlarken eşanjörün maliyetini ve ayak izini azaltmak için normal olarak buhar/hava tarafında kanatçıklar kullanılır. Temel tasarım değişkenleri kanat tipi (düz, panjurlu, dalgalı, delikli), kanat aralığı (metre başına kanatçık veya inç başına kanatçık), kanat yüksekliği, kanat kalınlığı ve malzemenin termal iletkenliğidir.

Termal performansın temelleri

Genel ısı transferi ilişkisini kullanın Q = U · A · ΔT . Kanatçıklar A görünür alanını artırarak ve yerel konvektif katsayı h'yi değiştirerek çalışır. Kanatlı bir yüzey için etkin alan A_finned = η_f · A_geometric olup, burada η_f kanat verimliliğidir. Pratik tasarım, aşırı basınç düşüşünü önlemek için U, η_f ve paketleme yoğunluğunun eşzamanlı olarak dikkate alınmasını gerektirir.

Mekanik ve hava akışı kısıtlamaları

Daha sıkı kanat aralığı alanı artırır ancak hava tarafındaki basınç düşüşünü ve kirlenme riskini artırır. Paralel hava akışına sahip kondenser bobinlerinde (paralel akışlı kondansatör), bobin yüzeyi boyunca eşit akış dağılımı kritik öneme sahiptir; düzensiz akış, yerel ısı transferini azaltır ve bölgesel kuru lekelere veya donmaya neden olabilir. Tasarım alanı, fan gücünü ve kirlenme payını dengelemelidir.

Kanatlı ısı eşanjörlü paralel akışlı kondansatörler - çalışma ve düzen

Paralel akışlı kondansatörler, soğutucu akışkanı (veya çalışma akışkanını) birden fazla paralel boru boyunca yönlendirirken, hava veya buhar kanatlı yüzeyler boyunca enine akar. Karşı akışlı tasarımlarla karşılaştırıldığında, paralel akışlı kondansatörlerin üretimi daha basittir ve kompaktlığa ulaşabilirler ancak soğutucu akışkan hızlarını ve ısı akışını eşit tutmak için dikkatli başlık ve boru dağıtımı gerektirir.

Tipik bobin düzeni ve başlıkları

İyi başlık tasarımı (uygun başlık çapı, giriş/çıkış nozulu yerleşimi ve dahili saptırma plakaları) hatalı dağıtımı önler. Paralel akış için: Her tüp sırasının benzer hidrolik dirence sahip olduğundan emin olun; delikleri veya kısıtlayıcıları yalnızca gerekirse kullanın. Tek geçişli paralel kollektörlerin aşırı hız farklılıkları oluşturacağı durumlarda çok geçişli veya çapraz bağlı tüp devrelerini düşünün.

Paralel akış için hava tarafıyla ilgili hususlar

Havanın kanatlı boru paketlerinden aktığı cihazlarda, ısı transferini ve gürültüyü dengelemek için alın hızını önerilen aralıklarda (hava soğutmalı kondenserler için genellikle 1,5-3,5 m/s) tutun. Nemli iklimler için artan kanatçık aralığı, partikül ve biyolojik kirlenmeden kaynaklanan tıkanmayı azaltır ancak alanı azaltır.

Kanat geometrisi seçimi ve performans değiş tokuşları

Performans hedeflerine uyacak kanat geometrisini seçin: birim basınç düşüşü başına ısı transferini en üst düzeye çıkarın, maliyeti ve kütleyi en aza indirin ve gerekli aletlerle üretilebilirliğe izin verin. Kondansatörler için ortak kanat geometrileri:

• Düz (düz) kanatçıklar — basit, düşük maliyetli, düşük ve orta dereceli hava hızları için iyidir.
• Panjurlu kanatçıklar — yüksek yerel türbülans h'yi artırır, ısı akışının yüksek olduğu ve bir miktar basınç düşüşünün kabul edilebilir olduğu yerlerde kullanılır.
• Yarık veya delikli kanatçıklar — orta düzeyde basınç cezasıyla birlikte türbülans ekleyin; genellikle otomotiv kondansatörlerinde kullanılır.
• Dalgalı kanatçıklar — orta düzey iyileştirme ve basınç düşüşü; panjurlara göre temizlenmesi daha kolay olabilir.

Niceliksel ödünleşimler

Tasarımları karşılaştırırken şunları değerlendirin: spesifik alan (m²/m³), kanat verimliliği η_f ve basınç düşüşü ΔP. Fan gücü ve gürültü kısıtlamaları sıkıysa, %20-50 daha yüksek dış yüzey alanına (kanatçıklar aracılığıyla) ancak 2-3 kat daha yüksek ΔP'ye sahip bir tasarım yine de istenmeyebilir. Kanatçık geometrisini almak için satıcı verilerinden performans haritalarını (h-Re ve basınç düşüşü-Re) kullanın.

Pratik tasarım örneği ve örnek hesaplama

Örnek gereklilik: beklenen genel U ≈ 150 W·m⁻²·K⁻¹ ve ortalama sıcaklık farkı ΔT ≈ 10 K olan bir kondansatördeki Q = 10 kW ısıyı reddedin. Gerekli harici etkin alan A = Q / (U · ΔT). Bu temsili sayıların kullanılması şunları sağlar:

A_required = 10.000 W ÷ (150 W·m⁻²·K⁻¹ × 10 K) = 6,67 m² (etkili kanatlı alan). Seçilen bir kanatçık geometrisi yaklaşık 4'lük bir kanatçık geliştirme faktörü veriyorsa (yani, geometrik kanatçıklı alan çıplak tüp alanının 4 katıdır ve ortalama kanatçık verimliliği bu faktöre dahildir), gerekli çıplak tüp/yüzey alanı ≈ 1,67 m²'dir.

Bu numaralar nasıl kullanılır?

Çıplak alan hedefinden, kangal boyutlarını ve boru uzunluğunu elde edin: borunun metre başına çıplak alanı = π · D_o · 1m (şerit kanatçıklar kullanılıyorsa kanat yaka alanı katkıları). Toplam tüp uzunluğunu elde etmek için gerekli çıplak alanı tüp metre başına alana bölün, ardından tüpleri bobin yüzü kısıtlamalarına uyacak şekilde sıralar ve sütunlar halinde düzenleyin. Kirlenme ve sezonluk performans marjı için her zaman %10-25 ekstra alan ekleyin.

Üretim, malzeme ve korozyonla ilgili hususlar

Yaygın kanat malzemeleri alüminyum (hafif, yüksek iletkenlik, ekonomik) ve bakırdır (daha yüksek iletkenlik, daha yüksek maliyet). Aşındırıcı atmosferlere maruz kalan dış mekan kondansatörleri için, kaplamalı kanatçıkları (polimer, epoksi veya hidrofilik kaplamalar) veya yüksek düzeyde aşındırıcı ortamlar için paslanmaz çelik kanatçıkları düşünün. Üretim teknikleri: düz ve dalgalı kanatçıklar için sürekli rulo şekillendirme, panjurlar için damgalama ve borulara lehimleme veya mekanik bağlama. Temizleme kolaylığı için tasarım (partikül yüklemesinin beklendiği yerlerde daha az sıkı panjur).

En iyi uygulamalar, testler ve bakım

Sahada güvenilir kondansatör performansı sağlamak için şu adımları izleyin:

• Prototip testi: temsili bir bobin segmenti oluşturun ve tam üretime geçmeden önce bir rüzgar tünelinde veya test ekipmanında h ve ΔP'yi ölçün.
• Kirlenmeyi hesaba katın: Kolayca temizlenebilen kanat geometrilerini belirtin ve periyodik bobin temizliği için servis erişimine izin verin.
• Enstrümantasyon bağlantı noktalarını ekleyin: soğutucu dağıtımının ve hava akışının homojenliğini doğrulamak için sıcaklık probları ve basınç muslukları.
• Kanatçık eğimini yerel iklime göre optimize edin: temiz ve kuru iklimler için daha dar eğimler; tozlu ve nemli koşullar için daha geniştir.

Karşılaştırma tablosu: yaygın yüzgeç türleri ve bunların ne zaman kullanılacağı

Özet ve uygulanabilir kontrol listesi

• Gerekli ısı reddiyle başlayın ve gerekli etkin alanı Q = U·A·ΔT kullanarak hesaplayın.
• Basınç düşüşünü fan/fan gücü bütçesi için kabul edilebilir tutarken hedef iyileştirme faktörüne ulaşmak için kanat geometrisini seçin.
• Paralel akışlı kondansatörlerde eşit soğutucu dağılımını sağlamak için başlıklar ve devreler tasarlayın.
• Tam üretim öncesinde performans ve kirlenme duyarlılığı açısından temsili bir bobin bölümünün prototipini yapın ve test edin.
• Nihai spesifikasyona kirlenme marjını (%10–25) ve servis verilebilirliği dahil edin.