Jäähdytysrivat ja rinnakkaisvirtauslamellilämmönvaihdinrakenne

Jäähdytyslevyrivien suunnitteluperiaatteet lauhduttimissa

Rivat lisäävät putkien tai levyjen tehollista ulkopinta-alaa konvektiivisen lämmönsiirron tehostamiseksi. Lauhduttimissa (kaasusta nesteeksi tai höyrystä nesteeksi) käytetään tavallisesti siivekkeitä höyryn/ilman puolella vähentämään kustannuksia ja vaihtimen jalanjälkeä samalla kun saavutetaan vaadittu lämmönpoisto. Tärkeimmät suunnittelumuuttujat ovat evien tyyppi (tasainen, säleikkö, aaltoileva, rei'itetty), evien nousu (rivat per metriä tai evät tuumaa kohti), evän korkeus, evän paksuus ja materiaalin lämmönjohtavuus.

Lämpötehokkuuden perusteet

Käytä yleistä lämmönsiirtosuhdetta Q = U · A · ΔT . Evät toimivat lisäämällä näennäistä aluetta A ja muuttamalla paikallista konvektiivista kerrointa h. Ripaiselle pinnalle tehollinen pinta-ala on A_finned = η_f · A_geometric, missä η_f on ripahyötysuhde. Käytännön suunnittelu edellyttää U:n, η_f:n ja pakkaustiheyden samanaikaista huomioon ottamista liiallisen painehäviön välttämiseksi.

Mekaaniset ja ilmavirran rajoitukset

Tiukempi evien nousu lisää pinta-alaa, mutta lisää ilmapuolen paineen laskua ja likaantumisriskiä. Lauhdutinpattereissa, joissa on yhdensuuntainen ilmavirta (rinnakkaisvirtauslauhdutin), tasainen virtauksen jakautuminen patapinnan poikki on kriittinen; epätasainen virtaus vähentää paikallista lämmönsiirtoa ja voi aiheuttaa paikallisia kuivia läiskiä tai jäätyä. Suunnittelun tulee tasapainottaa pinta-ala, tuulettimen teho ja likaantuminen.

Rinnakkaisvirtauslauhduttimet rivalämmönvaihtimilla — toiminta ja layout

Rinnakkaisvirtauslauhduttimet ohjaavat kylmäaineen (tai työnesteen) useiden rinnakkaisten putkien läpi, kun ilma tai höyry virtaa poikittaisesti ripojen poikki. Verrattuna vastavirtausmalleihin, rinnakkaisvirtauslauhduttimet ovat yksinkertaisempia valmistaa, ja ne voivat saavuttaa tiiviyden, mutta vaativat huolellisen kokoojan ja putken jakautumisen, jotta kylmäaineen nopeudet ja lämpövirta pysyvät tasaisina.

Tyypillinen kelan asettelu ja otsikot

Hyvä kokoojan suunnittelu (oikea kokoojan halkaisija, tulo-/poistosuuttimen sijoitus ja sisäiset ohjauslevyt) estää väärinjakauman. Rinnakkaisvirtaus: varmista, että jokaisella putkirivillä on samanlainen hydraulinen vastus; käytä aukkoja tai rajoittimia vain tarvittaessa. Harkitse monipäästöisiä tai ristiin kytkettyjä putkipiirejä, kun yhden kierron rinnakkaiset otsikot aiheuttaisivat liiallisia nopeuseroja.

Ilmapuolen huomioita yhdensuuntaista virtausta varten

Laitteissa, joissa ilma virtaa ripaputkipakkausten yli, pidä pintanopeus suositelluilla alueilla (usein 1,5–3,5 m/s ilmajäähdytteisissä lauhduttimissa) lämmönsiirron ja melun tasapainottamiseksi. Kosteissa ilmastoissa suurempi eväväli vähentää hiukkasten ja biologisen likaantumisen aiheuttamaa tukkeutumista, mutta pienentää pinta-alaa.

Rivien geometrian valinta ja suorituskyvyn kompromissit

Valitse ripojen geometria vastaamaan suorituskykytavoitteita: maksimoi lämmönsiirto yksikköpainehäviötä kohti, minimoi kustannukset ja massa ja mahdollista valmistettavuus tarvittavilla työkaluilla. Lauhduttimien yleiset ripojen geometriat:

• Yksinkertaiset (suorat) evät – yksinkertaiset, edulliset, hyvät alhaisille tai kohtalaisille ilmannopeuksille.
• Säleiköt – korkea paikallinen turbulenssi lisää h, käytetään paikoissa, joissa lämpövirta on suuri ja painehäviö on hyväksyttävää.
• Viiloitettu tai lävistetty evät — lisää turbulenssia kohtuullisella paineenrajoituksella; käytetään usein autojen lauhduttimissa.
• Aaltoilevat evät – keskitason tehostaminen ja paineen lasku; voi olla helpompi puhdistaa kuin säleiköt.

Määrälliset kompromissit

Verrattaessa malleja, arvioi: ominaispinta-ala (m²/m³), ripahyötysuhde η_f ja painehäviö ΔP. Malli, jossa on 20–50 % suurempi ulkopinta-ala (rivien kautta), mutta 2–3 kertaa suurempi ΔP, voi silti olla ei-toivottu, jos tuulettimen teho- ja melurajoitukset ovat tiukat. Käytä suorituskykykarttoja (h vs. Re ja painehäviö vs. Re) toimittajan tiedoista valitaksesi rivan geometrian.

Käytännön suunnitteluesimerkki ja mallilaskelma

Esimerkkivaatimus: hylätä Q = 10 kW lämpöä lauhduttimessa, jonka odotettu kokonaisarvo U ≈ 150 W·m⁻²·K⁻¹ ja keskilämpötilaero ΔT ≈ 10 K. Vaadittu ulkoinen tehollinen pinta-ala A = Q / (U · ΔT). Käyttämällä näitä edustavia lukuja saadaan:

A_tarvittava = 10 000 W ÷ (150 W·m⁻²·K⁻¹ × 10 K) = 6,67 m² (tehollinen ripa-alue). Jos valittu ripageometria antaa ripeämiskertoimeksi noin 4 (eli geometrinen ripa-ala on 4x paljaan putken pinta-ala ja keskimääräinen evän tehokkuus sisältyy tähän tekijään), vaadittu paljas putki/pinta-ala on ≈ 1,67 m².

Kuinka käyttää näitä numeroita

Johda paljaan alueen tavoitteesta kelan mitat ja putken pituus: paljas pinta-ala putken metriä kohti = π · D_o · 1 m (eväkaulusalueen panos, jos käytetään liuskaripoja). Jaa vaadittu paljas alue pinta-alalla putkimetriä kohti saadaksesi putken kokonaispituuden, ja järjestä putket riveihin ja sarakkeisiin kelapinnan rajoitusten mukaan. Lisää aina 10–25 % lisäpinta-alaa likaantumista ja kausiluonteista suorituskykyä varten.

Valmistus, materiaalit ja korroosionäkökohdat

Yleisimmät ripamateriaalit ovat alumiini (kevyt, korkea johtavuus, taloudellinen) ja kupari (parempi johtavuus, korkeampi hinta). Syövyttävälle ympäristölle alttiina olevien ulkolauhduttimien tapauksessa harkitse pinnoitettuja ripoja (polymeeri-, epoksi- tai hydrofiilisiä pinnoitteita) tai ruostumattomasta teräksestä valmistettuja ripoja erittäin syövyttävissä ympäristöissä. Valmistustekniikat: jatkuva rullamuovaus sileille ja aaltoileville siivekkeille, säleikköjen leimaaminen ja juottaminen tai mekaaninen liimaus putkiin. Suunnittelu helpottaa puhdistamista (vähemmän tiukkoja säleikköjä, joissa hiukkaskuormitusta odotetaan).

Parhaat käytännöt, testaus ja ylläpito

Noudata näitä ohjeita varmistaaksesi lauhduttimen toimintavarmuuden:

• Prototyyppitesti: rakenna edustava kelasegmentti ja mittaa h ja ΔP tuulitunnelissa tai testilaitteessa ennen täysimääräiseen tuotantoon sitoutumista.
• Ota huomioon likaantuminen: määritä helposti puhdistettavat evien geometriat ja anna huoltoon pääsy säännölliseen patterin puhdistamiseen.
• Sisällytä instrumentointiportit: lämpötila-anturit ja painehanat, jotka varmistavat kylmäaineen jakautumisen ja ilmavirran tasaisuuden.
• Optimoi evien nousu paikallista ilmastoa varten: tiukemmat nousut puhtaaseen ja kuivaan ilmastoon; leveämpi pölyisiin, kosteisiin olosuhteisiin.

Vertailutaulukko: yleisimmät evätyypit ja milloin niitä käytetään

Yhteenveto ja toimiva tarkistuslista

• Aloita vaadittavalla lämmön hylkäämisellä ja laske tarvittava tehollinen pinta-ala käyttämällä Q = U·A·ΔT.
• Valitse ripojen geometria saavuttaaksesi tavoiteparannustekijän pitäen samalla painehäviö hyväksyttävänä tuulettimen/tuulettimen tehobudjetin mukaan.
• Suunnittele kokoojat ja piirit varmistamaan tasainen kylmäaineen jakautuminen rinnakkaisvirtauslauhduttimissa.
• Prototyyppi ja testaa edustava kelaosa suorituskykyä ja likaantumisherkkyyttä ennen täyttä tuotantoa.
• Sisällytä likaantumismarginaali (10–25 %) ja huollettavuus lopulliseen spesifikaatioon.