Reka bentuk penukar haba sirip sink haba & sirip aliran selari

Prinsip reka bentuk sirip sink haba untuk aplikasi pemeluwap

Sirip meningkatkan luas permukaan luar tiub atau plat yang berkesan untuk meningkatkan pemindahan haba perolakan. Dalam kondenser (gas-ke-cecair atau wap-ke-cecair), sirip biasanya digunakan pada bahagian wap/udara untuk mengurangkan kos dan jejak penukar sambil mencapai penolakan haba yang diperlukan. Pembolehubah reka bentuk utama ialah jenis sirip (biasa, louver, beralun, bertindik), padang sirip (sirip setiap meter atau sirip setiap inci), ketinggian sirip, ketebalan sirip dan kekonduksian haba bahan.

Asas prestasi terma

Gunakan hubungan pemindahan haba keseluruhan Q = U · A · ΔT . Sirip berfungsi dengan meningkatkan luas ketara A dan dengan mengubah pekali perolakan tempatan h. Untuk permukaan bersirip, kawasan berkesan ialah A_bersirip = η_f · A_geometrik, dengan η_f ialah kecekapan sirip. Reka bentuk praktikal memerlukan pertimbangan serentak U, η_f, dan ketumpatan pembungkusan untuk mengelakkan penurunan tekanan yang berlebihan.

Kekangan mekanikal & aliran udara

Padang sirip yang lebih ketat meningkatkan kawasan tetapi meningkatkan penurunan tekanan bahagian udara dan risiko terlanggar. Dalam gegelung pemeluwap dengan aliran udara selari (kondenser aliran selari), pengagihan aliran seragam merentasi muka gegelung adalah kritikal; aliran tidak sekata mengurangkan pemindahan haba tempatan dan boleh menyebabkan tompok kering setempat atau beku. Reka bentuk mesti mengimbangi kawasan, kuasa kipas, dan elaun fouling.

Kondenser aliran selari dengan penukar haba sirip — operasi dan susun atur

Pemeluwap aliran selari mengarahkan penyejuk (atau bendalir kerja) melalui berbilang tiub selari manakala udara atau wap mengalir melintang merentasi muka bersirip. Berbanding dengan reka bentuk aliran balas, pemeluwap aliran selari lebih mudah untuk dihasilkan dan boleh mencapai kekompakan tetapi memerlukan pengepala dan pengedaran tiub yang teliti untuk memastikan halaju penyejuk dan fluks haba seragam.

Susun atur dan pengepala gegelung biasa

Reka bentuk pengepala yang baik (diameter pengepala yang betul, penempatan muncung masuk/alur keluar dan penyekat dalaman) menghalang penyelewengan. Untuk aliran selari: pastikan setiap baris tiub mempunyai rintangan hidraulik yang serupa; gunakan orifis atau sekatan hanya jika perlu. Pertimbangkan litar tiub berbilang laluan atau gandingan silang apabila pengepala selari satu laluan akan memberikan perbezaan halaju yang berlebihan.

Pertimbangan sisi udara untuk aliran selari

Dalam peranti yang mengalirkan udara merentasi pek tiub bersirip, kekalkan halaju muka dalam julat yang disyorkan (selalunya 1.5–3.5 m/s untuk kondenser yang disejukkan udara) untuk mengimbangi pemindahan haba dan hingar. Untuk iklim lembap, jarak sirip yang lebih tinggi mengurangkan penyumbatan daripada zarah dan kotoran biologi tetapi mengurangkan kawasan.

Pemilihan geometri sirip dan pertukaran prestasi

Pilih geometri sirip untuk memadankan matlamat prestasi: memaksimumkan pemindahan haba setiap penurunan tekanan unit, meminimumkan kos dan jisim, dan membenarkan kebolehkilangan dengan perkakas yang diperlukan. Geometri sirip biasa untuk pemeluwap:

• Sirip biasa (lurus) — ringkas, kos rendah, baik untuk halaju udara rendah hingga sederhana.
• Sirip Louvered — pergolakan tempatan yang tinggi meningkat h, digunakan di mana fluks haba adalah tinggi dan beberapa penurunan tekanan boleh diterima.
• Sirip celah atau bertindik — tambah gelora dengan penalti tekanan sederhana; sering digunakan dalam kondenser automotif.
• Sirip beralun — peningkatan pertengahan dan penurunan tekanan; boleh lebih mudah dibersihkan daripada louvers.

Pertukaran kuantitatif

Apabila membandingkan reka bentuk, nilaikan: kawasan khusus (m²/m³), kecekapan sirip η_f, dan penurunan tekanan ΔP. Reka bentuk dengan luas permukaan luar 20–50% lebih tinggi (melalui sirip) tetapi 2–3× lebih tinggi ΔP mungkin masih tidak diingini jika kuasa kipas dan kekangan bunyi adalah ketat. Gunakan peta prestasi (h lwn. Re, dan penurunan tekanan lwn. Re) daripada data vendor untuk memilih geometri sirip.

Contoh reka bentuk praktikal dan pengiraan sampel

Keperluan contoh: tolak Q = 10 kW haba dalam pemeluwap dengan jangkaan keseluruhan U ≈ 150 W·m⁻²·K⁻¹ dan perbezaan suhu purata ΔT ≈ 10 K. Kawasan berkesan luaran yang diperlukan A = Q / (U · ΔT). Menggunakan nombor perwakilan ini menghasilkan:

A_diperlukan = 10,000 W ÷ (150 W·m⁻²·K⁻¹ × 10 K) = 6.67 m² (kawasan bersirip berkesan). Jika geometri sirip yang dipilih memberikan faktor peningkatan sirip kira-kira 4 (iaitu, kawasan bersirip geometri ialah 4× luas tiub kosong dan kecekapan sirip purata dimasukkan dalam faktor itu), tiub kosong/luas permukaan diperlukan ≈ 1.67 m².

Cara menggunakan nombor ini

Daripada sasaran kawasan kosong, terbitkan dimensi gegelung dan panjang tiub: luas kosong per meter tiub = π · D_o · 1m (sumbangan kawasan kolar sirip jika menggunakan sirip jalur). Bahagikan kawasan kosong yang diperlukan mengikut kawasan setiap meter tiub untuk mendapatkan jumlah panjang tiub, kemudian susun tiub ke dalam baris dan lajur agar sesuai dengan kekangan muka gegelung. Sentiasa tambahkan 10–25% kawasan tambahan untuk kekotoran dan margin prestasi bermusim.

Pertimbangan pembuatan, bahan dan kakisan

Bahan sirip biasa ialah aluminium (ringan, kekonduksian tinggi, menjimatkan) dan kuprum (kekonduksian lebih tinggi, kos lebih tinggi). Untuk pemeluwap luar yang terdedah kepada atmosfera yang menghakis, pertimbangkan sirip bersalut (polimer, epoksi, atau salutan hidrofilik) atau sirip keluli tahan karat untuk persekitaran yang sangat menghakis. Teknik pembuatan: pembentukan gulungan berterusan untuk sirip biasa dan beralun, pengecapan untuk louvers, dan pematerian atau ikatan mekanikal pada tiub. Reka bentuk untuk memudahkan pembersihan (lebih sedikit louvers ketat yang dijangka memuatkan zarah).

Amalan terbaik, ujian dan penyelenggaraan

Ikuti langkah ini untuk memastikan prestasi pemeluwap yang boleh dipercayai di medan:

• Ujian prototaip: bina segmen gegelung perwakilan dan ukur h dan ΔP dalam terowong angin atau pelantar ujian sebelum melakukan pengeluaran penuh.
• Akaun untuk kekotoran: nyatakan geometri sirip yang mudah dibersihkan dan berikan akses perkhidmatan untuk pembersihan gegelung berkala.
• Sertakan port instrumentasi: probe suhu dan pili tekanan untuk mengesahkan keseragaman pengedaran bahan pendingin dan aliran udara.
• Optimumkan padang sirip untuk iklim tempatan: padang yang lebih ketat untuk iklim yang bersih dan kering; lebih luas untuk keadaan berdebu dan lembap.

Jadual perbandingan: jenis sirip biasa dan masa untuk menggunakannya

Ringkasan dan senarai semak yang boleh diambil tindakan

• Mulakan dengan penolakan haba yang diperlukan dan hitung luas berkesan yang diperlukan menggunakan Q = U·A·ΔT.
• Pilih geometri sirip untuk mencapai faktor peningkatan sasaran sambil memastikan penurunan tekanan diterima untuk belanjawan kuasa kipas/kipas.
• Reka bentuk pengepala dan litar untuk memastikan pengedaran bahan pendingin seragam dalam kondenser aliran selari.
• Prototaip dan uji bahagian gegelung perwakilan untuk prestasi dan kerentanan kekotoran sebelum pengeluaran penuh.
• Sertakan margin fouling (10–25%) dan kebolehgunaan dalam spesifikasi akhir.