1. Premessa fondamentale:
Isolamento dei fluidi (modalità mainstream)La maggior parte dei dispositivi di scambio di calore industriali e del commercio estero separano rigorosamente i fluidi caldi e freddi attraverso pareti solide ad alta conduttività termica (come pareti di tubi metallici, piastre metalliche ondulate) per evitare la miscelazione e la contaminazione dei due fluidi e consentire solo il trasferimento del calore attraverso la parete; In alcuni scenari speciali (come le torri di raffreddamento), viene utilizzato lo scambio di calore con miscelazione a contatto diretto con i fluidi, ma devono essere soddisfatti i requisiti di processo per la miscibilità dei fluidi.
2.Forza motrice
Forza motrice: differenza di temperatura (ΔT)La forza trainante principale del trasferimento di calore è la differenza di temperatura tra i fluidi caldi e freddi. Maggiore è la differenza di temperatura, più veloce è la velocità di trasferimento del calore. Finché c'è una differenza di temperatura tra i due fluidi, il trasferimento di calore avverrà spontaneamente finché la differenza di temperatura tra i due fluidi non si avvicina allo zero e viene raggiunto un equilibrio dinamico, a quel punto il trasferimento di calore effettivo sostanzialmente si interrompe.
3. Processo fondamentale
Processo principale:Trasferimento di calore in tre-fasi Prendendo come esempio lo scambiatore di calore indiretto più utilizzato, il trasferimento di calore consiste in tre fasi consecutive, nessuna delle quali può essere omessa:
- Trasferimento di calore per convezione (fluido → parete): quando un fluido ad alta- temperatura scorre su un lato di una parete, le molecole del fluido entrano in collisione con la parete e trasferiscono calore alla parete. Allo stesso tempo, il flusso macroscopico proprio del fluido (turbolenza) trasferisce continuamente il calore interno alla parete. Maggiore è la portata e maggiore è la turbolenza, maggiore è l'efficienza del trasferimento di calore.
- Conduzione del calore (all'interno della parete): il calore viene condotto dalla parete laterale ad alta-temperatura alla parete laterale a bassa-temperatura attraverso la vibrazione molecolare del materiale solido della parete. La conduttività termica del materiale della parete (come rame e alluminio, che hanno una migliore conduttività termica rispetto all'acciaio inossidabile) e lo spessore della parete e il grado di incrostazione influiscono direttamente sull'efficienza di conduzione.
- Trasferimento di calore per convezione (parete → fluido): la parete laterale a bassa-temperatura trasferisce il calore alle molecole del fluido a bassa-temperatura vicino alla parete. Il fluido a bassa-temperatura trasporta il calore attraverso il suo flusso, mantenendo la differenza di temperatura tra la parete e il fluido e garantendo un trasferimento di calore continuo.
4. Bilancio energetico
Bilancio energetico:Conservazione del calore In condizioni ideali (ignorando una piccola quantità di perdita di calore), il calore totale rilasciato dal fluido ad alta-temperatura è uguale al calore totale assorbito dal fluido a bassa-temperatura, in conformità alla legge di conservazione dell'energia. Man mano che il calore viene trasferito, la temperatura del fluido ad alta-temperatura diminuisce gradualmente mentre la temperatura del fluido a bassa-temperatura aumenta gradualmente e la differenza di temperatura tra i due si restringe gradualmente, riducendo così il trasferimento di calore tasso.
Supplemento
Differenze nei principi di funzionamento delle tre principali modalità di scambio di calore Sulla base delle categorie di prodotti di esportazione comuni, i principi di funzionamento dei diversi tipi di dispositivi di scambio di calore variano leggermente. Le classificazioni principali sono le seguenti:
- Tipo di muro-indiretto:
Quello più comunemente usato (come lo scambiatore di calore a piastre e a fascio tubiero), che separa i fluidi caldi e freddi attraverso pareti solide e trasferisce il calore nelle tre fasi sopra menzionate. I fluidi non si mescolano ed è adatto alla maggior parte degli scenari industriali.
- rigenerativo:
Utilizzando un corpo di accumulo di calore solido (come mattoni refrattari) come mezzo intermedio, i fluidi ad alta-temperatura e a bassa-temperatura vengono fatti scorrere alternativamente attraverso il corpo di accumulo di calore per ottenere l'accumulo e il rilascio di calore, che è adatto per scenari come il recupero del calore di scarto dei gas di scarico ad alta-temperatura;
- Tipo ibrido:
I fluidi caldi e freddi vengono miscelati direttamente a contatto, garantendo un'elevata efficienza di trasferimento del calore e una struttura semplice. È adatto solo per scenari in cui è consentita la miscelazione di fluidi (come torri di raffreddamento e condensatori a spruzzo).
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