بررسی و تقسیم بندی انواع مبدل های حرارتی

بخشی از فهرست مطالب پروژه بررسی و تقسیم بندی انواع مبدل های حرارتی

چکیده :

مقدمه :

۱-۱ دسته بندی مبدل های حرارتی

شکل ۱ – ۱ دسته بندی مبدل های حرارتی

۱ – ۱- ۱ دسته بندی بر مبنای پیوستگی یا تناوب جریان

شکل ۱- ۲ یک بازیاب ساکن که در کنار کوره بلند مورد استفاده قرار می گیرد .

شکل ۱-۳ مبدل حرارتی با جریان متناوب ( بازیاب ) که در میعان هوا مورد استفاده قرار می گیرد .

۱-۱- ۲ دسته بندی بر مبنای پدیده انتقال 

شکل ۱- ۴ یک نوع برج خنک کن مرطوب با جریان مکشی هوا

شکل ۱- ۵ یک بستر سیالی شده 

شکل ۱- ۶ (الف) مبدل حرارتی بستر سیال

شکل ۱- ۶ (ب) یک راکتور شیمیائی با بستر سیال

۱-۱- ۳ دسته بندی بر مبنای فشردگی سطح 

شکل ۱- ۷ مبدل حرارتی صفحه ای که در مرحله تولید است .

شکل ۱- ۸ مشخصات هندسی سطوحی که برای مبدل های حرارتی به کار می رود .

۱-۱-۴ دسته بندی بر مبنای طریقه ساخت ( ساختمان ) 

الف ) مبدل های حرارتی لوله ای 

۱- مبدل های دو لوله ای

شکل ۱- ۹ مبدل حرارتی دو لوله ای (الف) مبدل دو لوله ای (ب) نمونهای از لوله ها با پره های طولی

۲- مبدل های لوله مارپیچ 

شکل ۱- ۱۰ مبدل لوله مارپیچی همراه با قطعات جدا شده آن

۳- مبدل های لوله پوسته ای 

شکل ۱- ۱۱ دو نوع مبدل پوسته و لوله ای با لوله های U شکل

جدول ۱- ۱ حدود ابعاد مبدل های لوله پوسته ای 

ب ) مبدل های حرارتی صفحه ای 

۱- مبدل های صفحه و شاسی 

شکل ۱- ۱۲ مبدل صفحه و شاسی شامل صفحات موج دار و واشر ها و شاسی

۲- مبدل های صفحه مارپیچی 

شکل ۱- ۱۳ نمائی از نحوه جریان در مبدل صفحه مارپیچی

۳- مبدل های لاملا 

شکل ۱- ۱۴ (الف) یک نمونه مبدل حرارتی لاملا (ب) مقاطع تخت به کار رفته 

۴- مبدل های صفحه – کویل 

شکل ۱- ۱۵ (الف) نمونه ای از مجاری جریان (ب) یک نمونه مبدل صفحه – کویل

ج ) مبدل های با سطوح گسترش یافته

۱- مبدلهای صفحه پره دار 

شکل ۱- ۱۶ (الف) دو ورق اصلی و پره بین آنها (ب) یک مبدل حرارتی با صفحه های پره دار

شکل ۱- ۱۷ پیش گرم کن هوای صفحه ای که با ارایش جریان مخالف عمل می کند .

شکل ۱- ۱۸ بعضی از انواع پره های منقطع

۲- مبدل های لوله ای پره دار 

شکل ۱- ۱۹ بعضی از انواع پره های شعاعی روی لوله

شکل ۱- ۲۰ یک اوپراتور سقفی که در سردخانه ها به کار می رود .

شکل ۱- ۲۱ یک پیش گرم کن اب تغذیه که از لوله های پره دار تشکیل شده است

شکل ۱- ۲۲ (الف) لوله معمولی با پره ساده (ب) لوله تخت با پره ساده ژ

د – بازیاب ها

شکل ۱- ۲۳ بعضی از انواع اجر نسوز بکار رفته در هسته باریاب

شکل ۱- ۲۴ انواع سطوح فشرده که در بازیاب های دما پائین استفاده می شود .

۱- ۵ دسته بندی بر مبنای آرایش جریان

۱- ۵- ۱ مبدل های حرارتی تک مسیره 

الف ) مبدلهای با جریان مخالف

شکل ۱- ۲۵ مبدل حرارتی با جریان مخالف

شکل ۱- ۲۶ مبدل لوله پوسته ای با آرایش جریان مخال

شکل ۱- ۲۷ نحوه تفکیک گاز و هوا در ورودی و خروجی از یک بازیاب

ب ) مبدل های با جریان موازی

ج ) مبدل های با جریان عمود بر هم

شکل ۱- ۲۸ (الف) هر دو سیال غیر مخلوط (ب) یک سیال مخلوط و دیگری غیر مخلوط 

شکل ۱- ۲۹ مقایسه سطح تبادل حرارت مورد نیاز مبدل های حرارتی با ارایش جریان های مختلف

۱- ۵-۲ مبدل های حرارتی چند مسیره

الف ) مبدل حرارتی جریان مخالف- عمود بر هم

شکل ۱- ۳۰ تعدادی از مبدل های حرارتی با جریان های مخالف – عمود بر هم

شکل ۱- ۳۱ دو نوع مبدل حرارتی با جریان های مخالف عمود بر هم

ب ) مبدل حرارتی با جریان موازی- عمود بر هم 

شکل ۱- ۳۳ مبدل با جریان موازی- عمود بر هم 

شکل ۱- ۳۴ یک سوپر هیتر بخار با جریان موازی- عمود بر هم

ج ) مبدل حرارتی با جریان موازی- مخالف

شکل ۱- ۳۵ یک مبدل لوله پوسته ای با آرایش جریان موازی- مخالف 

شکل ۱- ۳۶ انواع تقسیم بندی لوله ها برای مبدل ها ی لوله پوسته ای با چند مسیر لوله و یک مسیر پوسته

شکل ۱- ۳۷ مبدل های پوسته ای با چند مسیر پوسته

شکل ۱- ۳۸ تعدادی مبدل های لوله پوسته که به طریق مختلف به همدیگر متصل شده اند .

شکل ۱- ۳۹ آرایش جریان در مبدل های (الف) دو نیم شده (ب) شکافته شده

۱- ۶ دسته بندی بر مبنای تعداد سیالات

شکل ۱- ۴۰ مبدل حرارتی سه سیالی (یک مخلوط گازی هیدروژن و متان یا منو اکسید کربن)

۱- ۷ دسته بندی بر مبنای مکانیزم انتقال حرارت

۱- ۸ دسته بندی بر مبنای درجه حرارت کارکرد

۱-۸- ۱ ویژگیهای مبدلهای دمای پایین

مقدمه :
مبدل حرارتی وسیله ای است که انرژی حرارتی را از سیالی به یک یا چند سیال دیگر که دارای درجه حرارت های متفاوتی هستند منتقل می کند . این تعریف به طور ضمنی بیان می کند که در یک مبدل حرارتی حداقل دو سیال وجود دارند که حرارت بین آن دو جابجا می شود . هرچند که این تعریف از جامعیت کافی برخوردار است معهذا موارد خاصی از مبدلهای حرارتی وجود دارند که در این تعریف نمی گنجند . از جمله این موارد دستگاههای تبادل حرارتی هستند که در سفینه های فضایی و یا هر وسیله ای که در خلاء کار می کند مورد استفاده قرار می گیرند .
مبدل های حرارتی در تمام زمینه های صنعتی ، تجاری و زندگی روزمره که به نحوی با تبادل انرژی سرو کا ردارند مورد استفاده قرار می گیرند . هر موجود زنده به طریقی به مبدل حرارتی مجهز است .
مبدل های حرارتی در اندازه های بسیار کوچک و بسیار بزرگ ساخته شده اند . کوچکترین آنها (کمتر از ۱ وات) برای مصارف الکترونیکی فوق هادی ها، هدایت موشک هائی که بوسیله منبع حرارتی کنترل می شوند و بزرگ ترین آنها (ظرفیت حرارتی بزرگ از ۱۰۰۰ مگاوات) در نیروگاه های بزرگ به عنوان دیگ بخار ، کندانسور یا برج خنک کن به کار می روند .
کاربرد مبدل حرارتی بسیار وسیع و در صنایع مختلفی از قبیل نیروگاه های تولید برق ، پالایشگاه ها ، صنایع ذوب فلز و شیشه سازی ، صنایع غذایی و دارو سازی ، کاغذ سازی ، صنایع پتروشیمی ، سردخانه ها و سیستم های گرمایش و سرمایش ساختمان ها ، صنایع میعان گازها ( مانند هوا ) وسائط نقلیه زمینی ، دریایی و فضایی و صنایع الکترونیک مورد استفاده قرار می گیرند . به طور کلی هرجا که مسئله تبدیل و تبادل انرژی مطرح باشد مبدل های حرارتی به نحوی  کاربرد دارند . مبدل های حرارتی به صور مختلفی نظیر دیگ بخار ، مولد بخار ، کندانسور ، اوپراتور ، تبخیر کننده ، برج خنک کن ، پیش گرم کن هوا ، بازیاب ، خنک کن میانی در کمپرسورهای چند مرحله ای ، فن کویل ، هواساز ،     خنک کن روغن ، خنک کن و گرم کن مشتقات نفتی ،  رادیاتور وسائط نقلیه ، گرم کن آب تغذیه و سوپر هیتر در نیروگاه های بخار، کوره و غیره و در صنایع  فوق الذکر به کار می روند .

۱-۱ دسته بندی مبدل های حرارتی
دسته بندی مبدل های حرارتی می تواند بر اساس پیوستگی یا تناوب جریان ، پدیده انتقال ، میزان فشردگی ، طریقه ساخت ، آرایش جریان ، تعداد سیالات ، مکانیزم انتقال حرارت و در جه حرارت کارکرد انجام پذیرد . این دسته بندی ها در شکل ۱- ۱ خلاصه شده است .
ادامه شکل ۱ – ۱ دسته بندی مبدل های حرارتی
۱ – ۱- ۱ دسته بندی بر مبنای پیوستگی یا تناوب جریان
جریان سیال داخل مجاری مبدل های حرارتی یا پیوسته است  یا متناوب .  در مبدل های حرارتی با جریان پیوسته مجاری سیال گرم و سرد از هم تفکیک شده اند و سیال گرم دائم درمجاری مخصوص خود و سیال سرد نیز در مجاری مربوطه به خود جریان دارند . دو مجرای جریان توسط یک جداره جامد مانند جدار لوله یا یک ورق از هم جدا شده اند .
از طرفی دیگر در مبدل های حرارتی با جریان متناوب یا بازیاب ها  از یک مجموعه مجاری جریان برای هر دو سیال استفاده می شود . مجموعه مجاری جریان ، هسته مبدل  را تشکیل می دهند که دو سیال به تناوب از آن عبور میکنند . تمام یا بخشی از هسته مبدل مدتی در معرض جریان سیال گرم قرار دارد که در این مدت انرژی را از سیال گرفته در خود ذخیره می نماید . سپس مدتی در مسیر جریان سیال سرد قرار گرفته و انرژی ذخیره شده رابه آن پس می دهد . این دوره تناوب مرتباً تکرارمی شود .
 به عنوان مثال در کوره هائی که در صنایع شیشه سازی یا شیمیائی بکار می روند از پیش گرم کن های ساکن هوا با جریان متناوب استفاده می گردد . شکل شماتیک یکی از این پیش گرم کن ها که به کوره کوپر  معروف است و همراه با کوره بلند در صنعت فولاد سازی به کار می رود در شکل ۱- ۲ نشان داده شده است . چنانچه در شکل ملاحضه می شود این کوره از دو قسمت تشکیل شده است .
ستون سمت راست خود بازیاب است که شامل مواد متخلخل سرامیکی بوده و ستون سمت چپ اتاق احتراق می باشد . وقتی که کوره گرم کار می کند هوا وسوخت از سمت چپ و پائین اتاق وارد شده و گاز های داغ از بالای بازیاب ( ستون سمت راست ) وارد شده و از پائین خارج می شوند . پس از مدتی درجه حرارت مواد سرامیکی داخل بازیاب به حد کافی بالا می رود آنگاه ورود سوخت و هوا به اطاق احتراق قطع می شود و هوای محیط از سمت راست و پائین کوره وارد بازیاب می گردد . پس از عبور از بازیاب درجه حرارت آن بالا رفته و از سمت چپ خارج شده و وارد کوره بلند می شود.