Sắp xếp dòng chảy chính trong bộ trao đổi nhiệt

Bộ trao đổi nhiệt là thiết bị thiết yếu được thiết kế để truyền nhiệt giữa hai hoặc nhiều chất lỏng, thường được sử dụng trong HVAC, phát điện, xử lý hóa chất và nhiều môi trường công nghiệp khác. Một trong những cách chính để phân loại bộ trao đổi nhiệt là theo hướng tương đối của dòng chất lỏng bên trong thiết bị. Có ba sắp xếp dòng chảy chính:

1. Dòng chảy song song (Đồng dòng điện)

• Thiết kế: Cả hai chất lỏng đi vào bộ trao đổi nhiệt ở cùng một đầu và chảy theo cùng một hướng, thoát ra ở cùng một đầu.

• Đặc trưng:

  • Chênh lệch nhiệt độ tối đa xảy ra ở đầu vào.

  • Gradient nhiệt độ giữa các chất lỏng giảm dọc theo chiều dài của bộ trao đổi.

  • Có xu hướng có hiệu suất nhiệt thấp hơn so với ngược dòng chảy.

• Ứng dụng: Thích hợp khi muốn có cấu hình nhiệt độ đồng đều hoặc khi cần giảm thiểu ứng suất nhiệt.

2. Ngược dòng (Counter-current)

• Thiết kế: Hai chất lỏng đi vào bộ trao đổi từ hai đầu đối diện và chảy theo hướng ngược nhau.

• Đặc trưng:

  • Duy trì chênh lệch nhiệt độ cao nhất giữa các chất lỏng dọc theo chiều dài của bộ trao đổi.

  • Mang lại hiệu suất nhiệt lớn nhất cho một kích thước nhất định.

  • Cho phép chất lỏng này tiếp cận nhiệt độ của chất lỏng kia ở đầu ra, tối đa hóa khả năng thu hồi nhiệt.

• Ứng dụng: Phổ biến trong các ứng dụng yêu cầu truyền nhiệt tối đa, chẳng hạn như bình ngưng và nồi hơi.

3. Dòng chảy chéo

• Thiết kế: Các chất lỏng di chuyển vuông góc với nhau, chứ không phải theo hướng song song hoặc ngược lại.

• Đặc trưng:

  • Cung cấp hiệu suất truyền nhiệt ở mức trung bình.

  • Thường được sử dụng khi một chất lỏng là khí hoặc nơi các ràng buộc về không gian và hình học quy định.

  • Phổ biến trong các ứng dụng như thiết bị bay hơi điều hòa không khí và bộ tản nhiệt ô tô.

Ví dụ trực quan: Bộ trao đổi nhiệt vỏ và ống, giống như trong ảnh, có thể sử dụng các sắp xếp dòng chảy khác nhau này bằng cách thay đổi cách chất lỏng được định tuyến qua vỏ và ống.

Ba cách sắp xếp này — dòng chảy song song, dòng ngược dòng và dòng chảy chéo — tạo thành nền tảng của hầu hết các thiết kế bộ trao đổi nhiệt được sử dụng trong các ngành công nghiệp. Mỗi loại cung cấp các điểm cân bằng duy nhất giữa hiệu quả, kiểm soát nhiệt độ và các ràng buộc cụ thể của ứng dụng.