Bagaimana Plate Fin Heat Exchanger menyeimbangkan kontradiksi antara efisiensi pertukaran panas dan penurunan tekanan?

Di Penukar Panas Sirip Pelat , keseimbangan antara efisiensi pertukaran panas dan penurunan tekanan merupakan tantangan desain utama. Biasanya terdapat hubungan antagonis antara efisiensi pertukaran panas dan penurunan tekanan, yaitu:

Meningkatkan efisiensi pertukaran panas biasanya berarti meningkatkan luas pertukaran panas atau meningkatkan karakteristik turbulen fluida, yang akan meningkatkan ketahanan gesekan fluida, yang mengakibatkan peningkatan penurunan tekanan.

Mengurangi penurunan tekanan biasanya memerlukan pengurangan hambatan aliran, seperti meningkatkan jalur aliran fluida, mengurangi luas sirip, atau mengubah desain saluran aliran, yang dapat menyebabkan penurunan efisiensi pertukaran panas.

Cara menyeimbangkan kontradiksi antara efisiensi pertukaran panas dan penurunan tekanan:

Optimalkan desain sirip
Bentuk dan susunan sirip: Bentuk, ketebalan, jarak dan susunan sirip secara langsung mempengaruhi efisiensi aliran dan pertukaran panas fluida. Misalnya, penggunaan sirip bergelombang atau sirip spiral dapat meningkatkan turbulensi fluida, meningkatkan efisiensi pertukaran panas, dan membuat jalur aliran lebih kompleks, sehingga meningkatkan distribusi fluida. Namun, desain seperti itu sering kali meningkatkan penurunan tekanan, sehingga perlu dicari desain sirip yang sesuai berdasarkan kebutuhan spesifik sistem.

Pemilihan jarak sirip: Menambah jarak sirip dapat mengurangi hambatan fluida sehingga mengurangi penurunan tekanan, tetapi jarak yang terlalu besar akan mengurangi area pertukaran panas dan mempengaruhi efisiensi pertukaran panas. Oleh karena itu, jarak sirip harus dioptimalkan sesuai dengan kebutuhan beban panas dan laju aliran fluida.

Desain dan optimalisasi saluran aliran
Desain jalur aliran fluida: Pada penukar panas sirip pelat, panjang dan kompleksitas jalur fluida akan mempengaruhi hilangnya tekanan fluida. Saat mendesain, cobalah untuk membuat jalur aliran fluida meningkatkan area pertukaran panas tanpa meningkatkan terlalu banyak hambatan aliran. Misalnya, desain saluran aliran terhuyung-huyung dapat digunakan untuk meningkatkan area kontak antara fluida dan sirip sambil mempertahankan penurunan tekanan yang rendah.

Kombinasi saluran aliran paralel dan seri: Dengan menggabungkan saluran aliran paralel dan seri secara wajar, efisiensi pertukaran panas dapat dimaksimalkan dengan tetap mempertahankan penurunan tekanan yang rendah. Saluran aliran paralel dapat mengurangi hambatan fluida yang melewati setiap saluran, sedangkan saluran aliran seri membantu meningkatkan luas pertukaran panas.

Pemilihan dan optimasi cairan
Sifat fluida: Memilih fluida kerja yang sesuai, terutama mempertimbangkan viskositas, densitas, dan konduktivitas termal fluida, mempunyai dampak penting dalam mengendalikan efisiensi pertukaran panas dan penurunan tekanan. Secara umum, fluida dengan viskositas rendah memiliki penurunan tekanan yang lebih kecil ketika mengalir dalam penukar panas, namun konduktivitas termalnya mungkin lebih rendah, yang dapat mengakibatkan efisiensi pertukaran panas yang buruk. Sebaliknya, fluida dengan viskositas tinggi dapat meningkatkan efisiensi pertukaran panas, namun cenderung meningkatkan penurunan tekanan. Oleh karena itu, penting untuk memilih fluida yang sesuai dengan skenario aplikasi spesifik.

Gunakan sistem multi-fluida

Perpindahan panas multi-fluida: Dalam beberapa aplikasi, penurunan tekanan di setiap saluran fluida dapat dikurangi dengan memperkenalkan perpindahan panas multi-fluida. Misalnya, desain aliran terpisah dapat digunakan untuk membuat aliran fluida berbeda di saluran aliran berbeda untuk mengoptimalkan penurunan tekanan dan efek pertukaran panas.

Kontrol laju aliran yang wajar
Optimalisasi laju aliran: Semakin besar laju aliran, semakin kuat efek turbulensi, semakin tinggi efisiensi pertukaran panas, namun pada saat yang sama penurunan tekanan juga meningkat. Oleh karena itu, sangat penting untuk memilih laju aliran secara wajar. Biasanya, laju aliran penukar panas sirip pelat disesuaikan antara 1,5 dan 4 m/s. Dengan mengoptimalkan laju aliran melalui simulasi dan eksperimen numerik, keseimbangan dapat ditemukan antara efisiensi pertukaran panas dan penurunan tekanan.

Gunakan permukaan pertukaran panas yang efisien
Pengendalian kekasaran permukaan: Dengan merancang dan menyempurnakan permukaan (seperti memperkeras permukaan, menyemprot atau menutupi dengan lapisan khusus), kapasitas perpindahan panas permukaan penukar panas dapat ditingkatkan, ketahanan termal dapat dikurangi, dan efisiensi pertukaran panas dapat ditingkatkan, sedangkan kehilangan tekanan aliran dapat dikontrol sampai batas tertentu.

Mengoptimalkan ukuran penukar panas
Selama desain, area pertukaran panas dapat ditingkatkan dengan meningkatkan ukuran penukar panas (menambah jumlah sirip dan panjang saluran aliran), namun ukuran yang terlalu besar dapat mengakibatkan penurunan tekanan yang berlebihan. Optimalisasi ukuran memerlukan pencarian titik terbaik antara permintaan pertukaran panas dan penurunan tekanan yang diijinkan.

Untuk menyeimbangkan kontradiksi antara efisiensi pertukaran panas dan penurunan tekanan, faktor-faktor seperti desain sirip, optimalisasi saluran aliran, pemilihan fluida, dan kontrol laju aliran perlu dipertimbangkan secara komprehensif. Melalui simulasi numerik, verifikasi eksperimental, dan optimalisasi sistem, penurunan tekanan dapat dikontrol dalam kisaran yang dapat diterima sekaligus memenuhi persyaratan pertukaran panas. Pengoptimalan ini biasanya merupakan proses berulang yang memerlukan penyesuaian dan peningkatan berkelanjutan dalam aplikasi praktis.