.2- مبدل حرارتی پوسته و لوله (Shell and Tube):

یکی از رایج ترین انواع مبدل در صنایع مختلف از جمله تهویه مطبوع و برودت صنعتی، مبدل حرارتی پوسته و لوله می باشد. همان طور که از نامش پیداست، این مبدل ها از تعدادی لوله تشکیل شده اند که درون پوسته ای استوانه ای قرار می گیرند. دو جریان سیال با دماهای اولیه متفاوت وارد مبدل می شوند. یکی از درون لوله ها و دیگری از درون پوسته (بیرون لوله ها) عبور می کند.

حرارت از طریق دیواره لوله ها، بین دو سیال منتقل می شود، گاهی از سیال داخل لوله به سیال جاری در پوسته و گاهی بالعکس.

هریک از سیال ها می توانند از مایعات و یا از گازها باشند و این امکان نیز وجود دارد که هرکدام از درون لوله یا پوسته جریان بیابند. مبدلی که فقط سیال مایع و یا صرفاً سیال گاز در دو طرف آن (درون پوسته و لوله) جریان دارد را مبدل تک فازی می نامند.

مبدل های دو فازی می توانند برای انتقال حرارت به مایع جهت جوشاندن و تبخیر آن (بویلر) و یا به منظور خنک کردن بخار برای چگالش آن (کندانسور) با تغییر فازی که عمدتاً در سمت پوسته اتفاق می افتد، بکار روند.

طراحی مبدل های حرارتی :

در طراحی مبدل های پوسته و لوله تنوع قابل توجهی وجود دارد. معمولاً، ابتدا و انتهای لوله ها از طریق سوراخ های تعبیه شده در تیوب شیت (Tube Sheet) به پلنیوم (Plenum)، فضایی که در ابتدا و یا انتهای مبدل وجود دارد، متصل می شوند.

غالباً، بافل هایی در داخل پوسته برای هدایت جریان سیال ورودی لحاظ می شوند. در واقع، به کمک این بافل ها، ضمن ایجاد تلاطم در جریان سیال که باعث افزایش ضریب انتقال حرارت آن می شود، تماس با تمامی لوله ها اتفاق افتاده و زمان بیشتری برای تبادل حرارت بین جریان سیال و لوله ها ایجاد می گردد.

در مبدل های حرارتی پوسته و لوله، ممکن است لوله ها به فُرم مستقیم (Straight) یا خم شده (Bent) به شکل U استفاده شوند. طراحی این مبدل ها با لوله های مستقیم به صورت یک، دو یا چهار پاس (Pass) انجام می گیرد.

منظور از تعداد پاس، تعداد دفعاتی است که جریان سیال داخل لوله ها از میان سیال جاری درون پوسته، طول مبدل را طی می کند. بنابراین در مبدلی که یک پاس می باشد، جریان سیال از یک سمت لوله ها وارد و از سمت دیگر خارج می گردد. آن دسته از مبدل هایی که دارای لوله های خم شده هستند را می توان نوعی مبدل دو پاس قلمداد نمود.

بسیاری از تولیدکننده ها، ترجیحاً از مبدل های حرارتی دو پاس با لوله های خم شده، استفاده نمی کنند. زیرا مقاومت جداره لوله ها در قسمت خمیده تضعیف شده و امکان شکستن آن افزایش می یابد، بعلاوه هزینه ساخت آن ها نیز بیشتر خواهد بود. از این رو غالباً، این نوع مبدل ها در ظرفیت های پایین به کار گرفته می شوند.

همان طور که در تشریح مبدل های حرارتی لوله ای نیز عنوان شد، مبدل های حرارتی با الگوی جریان مخالف بیشترین راندمان و کارایی انتقال حرارت را دارند. چراکه در این صورت تبادل گرما با بالاترین اختلاف دمای متوسط لگاریتمی بین جریان های سرد و گرم اتفاق می افتد. چنانکه با مقایسه دو نمودار ذیل، می توان مشاهده نمود. که در مبدل جریان مخالف امکان افزایش دمای خروجی سیال سرد تا بیش از دمای خروجی سیال گرم، وجود دارد.

در واقع، مبنای طراحی تمامی مبدل های حرارتی، رابطه محاسباتی زیر است که نشان می دهد. با افزایش هریک از پارامترهای ضریب انتقال حرارت کلی (U) سطح تبادل کننده حرارت (A) و اختلاف دمای متوسط لگاریتمی (LMTD) نرخ انتقال حرارت (q) بیشتری خواهیم داشت.

کاربرد مبدل های حرارتی پوسته و لوله:

مبدل های حرارتی پوسته و لوله را حتی می توان رایج ترین نوع مبدل حرارتی دانست. که عمدتاً جهت سرمایش و یا گرمایش مایعات و گازها مورد استفاده قرار می گیرند.

انعطاف پذیری طراحی آن ها، امکان استفاده از مبدل را در دما و فشارهای مختلف و با سیال های متفاوت، فراهم کرده است. مبدل های حرارتی پوسته و لوله به طور گسترده، در فرایندهایی که به سرمایش و یا گرمایش حجم زیادی از جریان مایع و یا گاز نیاز است، به کار گرفته می شوند. برخی از کاربردهای معمول مبدل های حرارتی پوسته و لوله عبارتند از: نیروگاه تولید برق، HVAC، تبرید، تولید کاغذ، داروسازی، پتروشیمی و پالایشگاه، تولید اسید سولفوریک، معادن و …

جهت آشنایی با مراحل ساخت مبدل های حرارتی به وبسایت مجموعه کولر هوایی آبان در شهر شیراز مراجعه نمایید

جهت مطالعه سایر مقالات کلیک نمایید.

پیج اینستاگرام ما