เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนทำงานอย่างไร?

ในแกนหลักของมันเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนทํางานโดยการถ่ายทอดพลังงานความร้อน (ความร้อน) จากของเหลวร้อนไปยังของเหลวเย็น โดยไม่อนุญาตให้ของเหลวทั้งสองผสมผสานกันทางกายภาพ

ลองนึกถึงการทํางานของเรดิเอเตอร์รถยนต์นะครับ เครื่องยนต์จะสูบน้ําเย็นร้อนเข้าไปในเรดิเอเตอร์ และอากาศภายนอกจะลมผ่านปีกโลหะของเรดิเอเตอร์และขึ้นอากาศเครื่องยนต์เย็นลง และอากาศร้อนขึ้น แต่อากาศและน้ําเย็นไม่เคยสัมผัส

เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนทํางานโดยสิ้นเชิงตามกฎพื้นฐานของเทอร์โมไดนามิก

1. ความร้อนจะหาความสมดุลเสมอความร้อนไหลผ่านทางธรรมชาติจากแหล่งอุณหภูมิสูงไปยังสระอุณหภูมิต่ํา มันจะไม่ไหลผ่านทางอื่นได้เลย เว้นแต่ถูกบังคับ (ที่ต้องการเครื่องปรับอากาศ เช่นในตู้เย็น)

2. คอนเวคชั่นและการนํา:การโอนความร้อนเกิดขึ้นใน 3 ขั้นตอนที่แตกต่างกัน

   • คอนเวคชั่น:ความร้อนเคลื่อนไหวจากของเหลวที่ร้อนมากไปยังผนังภายในของผนังโลหะ

   • การนํา:ความร้อนเคลื่อนไหวผ่านผนังโลหะแข็ง

   • คอนเวคชั่น:ความร้อนเคลื่อนไหวจากผนังภายนอกของผนังโลหะเข้าไปในของเหลวเย็น

เพื่อคํานวณวิธีการทํางานของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน และขนาดที่ต้องการ

อย่างแรก การกําหนดภาระความร้อน(จํานวนพลังงานทั้งหมดที่เคลื่อนย้าย) เราดูคุณสมบัติของของเหลว:

วิธีที่คุณนําของเหลวผ่านเครื่องเปลี่ยนการทํางานของเครื่องได้อย่างมาก มีสองวิธีหลักในการกํากับการไหลผ่าน

ทั้งเหลวร้อนและเหลวเย็นเข้าทางปลายเดียวกัน และเดินทางไปทางเดียวกัน

• ผล:ความแตกต่างของอุณหภูมิที่เข้าเป็นใหญ่มาก แต่เมื่อพวกเขาเดินทาง พวกเขาเข้าใกล้อุณหภูมิสมดุลที่ร่วมกันไม่เคยปล่อยให้เครื่องแลกเปลี่ยนร้อนกว่าของเหลวร้อนที่ปล่อยมัน

น้ําร้อนเข้าทางปลายหนึ่ง และน้ําเย็นเข้าทางปลายตรงข้าม ผ่านกันไปในทิศทางตรงกันข้าม

• ผล:นี่คือการออกแบบที่มีประสิทธิภาพมากที่สุด เนื่องจากของเหลวเย็นจะพบกับของเหลวร้อนมากขึ้นตลอดเวลาสูงกว่าอุณหภูมิมากกว่าอุณหภูมิการออกของของเหลวร้อน

ใช้ตัวจําลองปฏิสัมพันธ์ด้านล่าง เพื่อดูว่าสองแบบการปรับระบายน้ํานี้เปลี่ยนแปลงโปรไฟล์อุณหภูมิภายในเครื่องได้อย่างไร

วิศวกรนําหลักการของเทอร์โมไดนัมิกนี้มาใช้ในรูปทรงทางกายภาพที่แตกต่างกัน เพื่อตอบสนองความต้องการอุตสาหกรรมที่แตกต่างกัน

ถาม: ขนาดของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนมีความสําคัญไหม?

ตอบ: แน่นอน ตามสูตร$Q = U A เดลต้า T_{lm}$, ความร้อนรวมที่ถ่ายทอด ($Q$) มีสัดส่วนตรงกับพื้นที่ ($A$) เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนขนาดใหญ่มีพื้นที่ผิวโลหะมากกว่า ทําให้ความร้อนผ่านได้มากกว่าในระยะเวลาที่กําหนด

คําถาม: อะไรทําให้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนหยุดทํางานได้อย่างมีประสิทธิภาพ?

A: ปัญหาที่พบบ่อยที่สุดคือการปนเปื้อนภายในเวลา, ธาตุแร่จากน้ํา (เช่นปริมาณแคลเซียม), รด, หรือ sludge ชีววิทยาเคลือบผนังโลหะ$U$) และบังคับให้ระบบทํางานหนักกว่าเดิม เพื่อให้ได้อุณหภูมิเดียวกัน

Q: เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนสามารถใช้ในการเย็นได้หรือไม่?

ตอบ: ครับ คํา ว่า "เครื่อง แลก อุณหภูมิ" หมายถึง การ ส่ง อุณหภูมิ ไม่ ว่า จะ เกิด อะไร ขึ้น. ถ้า คุณ มี เป้าหมาย จะ ให้ เครื่องยนต์ ที่ ร้อน เย็น, เครื่อง แลก อุณหภูมิ (เรเดียเตอร์) จะ ถอน อุณหภูมิ ออก.ถ้าเป้าหมายของคุณคือให้น้ําต้ม, เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน (หม้อเดา) กําลังเพิ่มความร้อน