واحدهای تبادل حرارت چگونه کار می کنند؟

جداسازی سیال (حالت اصلی)اکثر دستگاه‌های مبادله حرارتی صنعتی و تجاری خارجی، سیالات سرد و گرم را از طریق دیواره‌های جامد با رسانایی حرارتی بالا (مانند دیواره‌های لوله‌های فلزی، صفحات فلزی موج‌دار) به‌طور جدی جدا می‌کنند تا از اختلاط و آلودگی دو سیال جلوگیری شود و فقط اجازه می‌دهند که گرما از طریق دیوار منتقل شود؛ در چند حالت خاص (مانند برج‌های خنک‌کننده)، قابلیت تماس مستقیم سیال برای تبادل حرارتی اختلاط سیال باید مورد نیاز باشد.

نیروی محرکه: اختلاف دما (ΔT)نیروی محرکه اصلی انتقال حرارت، اختلاف دمای بین سیالات گرم و سرد است. هرچه اختلاف دما بیشتر باشد، سرعت انتقال حرارت سریع‌تر است. تا زمانی که اختلاف دما بین دو سیال وجود داشته باشد، انتقال حرارت خود به خود اتفاق می‌افتد تا زمانی که اختلاف دمای بین دو سیال به صفر نزدیک شود و تعادل دینامیکی حاصل شود، در این نقطه انتقال حرارت موثر اساسا متوقف می‌شود.

فرآیند اصلی:انتقال حرارت سه مرحله‌ای- با در نظر گرفتن پرکاربردترین مبدل حرارتی غیرمستقیم به عنوان مثال، انتقال حرارت شامل سه مرحله متوالی است که هیچ‌یک از آنها قابل حذف نیستند:

- انتقال حرارت همرفتی (سیال ← دیوار): هنگامی که یک سیال با دمای بالا-روی یک طرف دیوار جریان می‌یابد، مولکول‌های سیال با دیوار برخورد می‌کنند و گرما را به دیوار منتقل می‌کنند. در همان زمان، جریان ماکروسکوپی خود سیال (تلاطم) به طور مداوم گرمای داخلی را به دیوار منتقل می کند. هرچه سرعت جریان بیشتر و اغتشاش قوی‌تر باشد، راندمان انتقال حرارت بالاتر است.

- هدایت گرما (داخل دیوار): گرما از دیواره جانبی با دمای بالا-به دیواره جانبی با دمای پایین- از طریق ارتعاش مولکولی مواد دیوار جامد هدایت می‌شود. رسانایی حرارتی مواد دیوار (مانند مس و آلومینیوم که رسانایی حرارتی بهتری نسبت به فولاد ضد زنگ دارند) و ضخامت دیوار و درجه رسوب مستقیماً بر راندمان هدایت تأثیر می گذارد.

- انتقال حرارت همرفتی (دیوار → سیال): دیواره جانبی با دمای پایین-گرما را به مولکول‌های سیال با دمای پایین-در نزدیکی دیوار منتقل می‌کند. سیال با دمای پایین{4}}گرما را از طریق جریان خود می برد و اختلاف دما بین دیوار و سیال را حفظ می کند و انتقال حرارت مداوم را تضمین می کند.

تراز انرژی:بقای گرما در شرایط ایده آل (با نادیده گرفتن مقدار کمی از اتلاف گرما)، کل گرمای آزاد شده توسط سیال-در دمای بالا برابر است با کل گرمای جذب شده توسط سیال با دمای پایین- که مطابق با قانون بقای انرژی است. با انتقال گرما، دمای سیال بالا-درجه حرارت بالا-درجه حرارت سیال به تدریج کاهش می‌یابد، در حالی که دمای سیال به تدریج کاهش می‌یابد. تفاوت بین این دو به تدریج کاهش می یابد و در نتیجه سرعت انتقال حرارت کاهش می یابد.