हीट एक्सचेंजर संवहन ताप हस्तांतरण कैसे प्राप्त करता है?
प्लेट हीट एक्सचेंजर्स मुख्य रूप से हीट एक्सचेंज प्राप्त करने के लिए दो ठंडे और गर्म मीडिया के बीच संवहन का उपयोग करते हैं, और तरल -तरल विनिमय हीट एक्सचेंजर्स के आमतौर पर इस्तेमाल किए जाने वाले तरीकों में से एक है।
संवहन ऊष्मा स्थानांतरण ऊष्मा स्थानांतरण के सबसे सामान्य और मौलिक तरीकों में से एक है। गर्मी हस्तांतरण प्रक्रिया के दौरान, तरल माध्यम हमेशा हीट एक्सचेंजर दीवार के संपर्क में रहता है। इसलिए, तरल पदार्थ के निरंतर प्रतिधारा प्रवाह द्वारा गर्मी हस्तांतरण प्राप्त किया जाता है। फिर इनके बीच तापमान अंतर के माध्यम से ऊष्मा का आदान-प्रदान होता हैउष्मा का आदान प्रदान करने वालादीवार और तरल पदार्थ. आज हम इसी बारे में बात कर रहे हैं: संवहन ताप स्थानांतरण।
प्लेट हीट एक्सचेंजर्स विशेष प्लेट संरचना डिजाइन, मजबूर द्रव चालन और कुशल गर्मी हस्तांतरण पथ के माध्यम से अलग-अलग तापमान (आमतौर पर ठंडा तरल और गर्म तरल) के साथ दो तरल पदार्थों के बीच कुशल संवहन गर्मी विनिमय प्राप्त करते हैं। इसके मूल सिद्धांत को तीन प्रमुख लिंक में विभाजित किया जा सकता है: संरचनात्मक डिजाइन → द्रव प्रवाह → गर्मी हस्तांतरण। विशिष्ट कार्यान्वयन प्रक्रिया इस प्रकार है:
प्लेट हीट एक्सचेंजर की ताप हस्तांतरण क्षमता मुख्य रूप से हीट एक्सचेंज प्लेटों के विशेष डिजाइन पर निर्भर करती है। ये संरचनाएं सीधे तरल पदार्थ के प्रवाह पैटर्न और गर्मी हस्तांतरण क्षेत्र को निर्धारित करती हैं, और संवहनी गर्मी हस्तांतरण का आधार हैं:
संवहनशील ऊष्मा स्थानांतरण का सार "मैक्रो{0}}द्रव प्रवाह + आणविक सूक्ष्म-हीट ट्रांसफर" का संयोजन है। प्लेट हीट एक्सचेंजर्स द्रव प्रवाह को बल देने के लिए बाहरी शक्ति (पंप, पंखे) का उपयोग करते हैं, जिससे गर्मी हस्तांतरण प्रक्रिया दो चरणों में चलती है:
बाहरी पंपों द्वारा संचालित, ठंडे और गर्म तरल पदार्थ अपने संबंधित स्वतंत्र प्रवाह चैनलों में प्रवेश करते हैं:
ठंडा तरल पदार्थ "ठंडे तरल इनलेट" से प्रवाह चैनलों के दूसरे सेट में प्रवेश करता है, जो अशांत पैटर्न में भी बहता है, प्लेटों के साथ गर्मी का आदान-प्रदान करता है।
प्रवाह चैनलों (आमतौर पर 2-5 मिमी) के बीच बेहद छोटे अंतराल के कारण, प्रवाह के दौरान तरल पदार्थ "निचोड़" जाता है, जो अशांत प्रवाह को और बढ़ाता है और स्थानीयकृत तरल पदार्थ के ठहराव को रोकता है जो गर्मी हस्तांतरण दक्षता को कम कर सकता है।
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संवहनशील ऊष्मा अंतरण का मूल "गर्म द्रव से ठंडे द्रव में ऊष्मा स्थानांतरण" है। प्लेट एक अलगाव और गर्मी हस्तांतरण माध्यम के रूप में कार्य करती है, जो गर्मी हस्तांतरण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। यह तीन चरणों में पूरा होता है:
पहला: तापीय द्रव → प्लेट (संवहन ताप स्थानांतरण)
जब गर्म तरल पदार्थ अशांत रूप से बहता है, तो उच्च तापमान वाले अणु प्लेट की सतह से हिंसक रूप से टकराते हैं, और "संवहन" के माध्यम से प्लेट में गर्मी स्थानांतरित करते हैं (इस समय, गर्म तरल पदार्थ के निकटतम प्लेट के किनारे का तापमान बढ़ जाता है)।
दूसरी बार: प्लेट के अंदर (ऊष्मा चालन)
प्लेटें धातु से बनी होती हैं (उच्च तापीय चालकता के साथ, जैसे स्टेनलेस स्टील (लगभग 16W/(m・K) और टाइटेनियम मिश्र धातु (लगभग 17W/(m・K)))। "आणविक तापीय गति" के माध्यम से प्लेटों के भीतर गर्मी को उच्च तापमान पक्ष (गर्म तरल पक्ष) से निम्न तापमान पक्ष (ठंडा तरल पक्ष) में तेजी से स्थानांतरित किया जाता है।
तीसरी बार: प्लेट → ठंडा द्रव (संवहन ऊष्मा स्थानांतरण):
प्लेट का कम तापमान वाला भाग ठंडे तरल पदार्थ से संपर्क करता है, और अशांत प्रवाह में ठंडे तरल पदार्थ के अणुओं की टक्कर के माध्यम से, गर्मी "संवहन" के माध्यम से फिर से ठंडे तरल पदार्थ में स्थानांतरित हो जाती है (इस समय ठंडे तरल पदार्थ का तापमान बढ़ जाता है और गर्म तरल पदार्थ का तापमान कम हो जाता है)।
मूल सिद्धांतों के अलावा, प्लेट के निम्नलिखित डिज़ाइन विवरणउष्मा का आदान प्रदान करने वालासंवहन ताप अंतरण के लिए गारंटी भी प्रदान करता है: वियोज्य संरचना: स्वच्छता बनाए रखता है।
आमतौर पर, क्योंकि उपयोग किए गए दो मीडिया अलग-अलग हैं, उपकरण के भीतर उनके प्रवाह की गतिशीलता भी अलग-अलग होती है, जिससे संवहन ताप हस्तांतरण में महत्वपूर्ण अंतर हो सकता है। संवहन ताप हस्तांतरण को आम तौर पर दो स्थितियों में विभाजित किया जाता है। एक प्राकृतिक संवहन ताप स्थानांतरण है, जो दीवार के माध्यम से दो मीडिया के विभिन्न तापमान और घनत्व द्वारा उत्पन्न प्रवाह ताप स्थानांतरण है। दूसरा मजबूर संवहन गर्मी हस्तांतरण है, जो बाहरी मजबूर बलों (जैसे पंप, पंखे और अन्य उपकरण) द्वारा उत्पन्न प्रवाह गर्मी हस्तांतरण है। मजबूर संवहन के मामले में, तरल की प्रवाह दर प्राकृतिक अवस्था में प्रवाह दर से अधिक होगी, और संवहनी गर्मी हस्तांतरण की दक्षता भी अधिक होगी। उदाहरण के लिए, प्राकृतिक प्रवाह में हवा का ताप स्थानांतरण गुणांक केवल 5~25W/(m2. डिग्री) है, लेकिन जब मजबूर प्रवाह किया जाता है, तो वायु का ताप स्थानांतरण गुणांक 10~100W(m2. डिग्री) तक बढ़ जाता है।
ऐसे कई कारक हैं जो माध्यम की गर्मी हस्तांतरण दक्षता को प्रभावित करते हैं, जैसे द्रव माध्यम के भौतिक गुण: घनत्व, विशिष्ट गर्मी क्षमता, तापीय चालकता, आदि, साथ ही हीट एक्सचेंज उपकरण का डिज़ाइन: हीट एक्सचेंज प्लेट का आकार, प्लेट का आकार, आदि, और उपकरण में माध्यम की प्रवाह विधि, ये सभी संवहन गर्मी हस्तांतरण की वास्तविक दक्षता को प्रभावित करेंगे।