مبدل حرارتی صفحه‌ای: اصول، LMTD و محاسبه‌ی سطح انتقال حرارت
چرا مبدل صفحه‌ای فشرده‌تر و کارآمدتر است و چگونه سطح لازم را با روش LMTD برآورد کنیم.
عکس: National Aeronautics and Space Administration. John H. Gl… · Public domain · منابع تصاویر
اصل کار
مبدل صفحه‌ای از پلیت‌های موج‌دار نازک ساخته می‌شود که سیال گرم و سرد را در کانال‌های متناوب هدایت می‌کنند. موج‌های پلیت جریان را آشفته می‌کند و ضریب انتقال حرارت را چند برابر مبدل پوسته‌لوله می‌رساند.
معادله‌ی اصلی طراحی
Q = U · A · LMTD
LMTD = (ΔT₁ − ΔT₂) / ln(ΔT₁ / ΔT₂)
Q توان حرارتی، U ضریب کلی انتقال حرارت، A سطح و LMTD میانگین لگاریتمی اختلاف دما است. هنگام نزدیک بودن دو اختلاف دما، LMTD ≈ میانگین حسابی.
| آرایش | ΔT₁ (°C) | ΔT₂ (°C) | LMTD (°C) |
|---|---|---|---|
| جریان مخالف | ۲۸ | ۲۸ | ۲۸ |
| جریان موازی | ۷۰ | ۳٫۴ | ۲۲ |
مثال طراحی
برای انتقال ۵۰۰ kW با LMTD برابر ۱۲ K و U = 4000 W/m²K: A = 500000 / (4000 × 12) ≈ ۱۰٫۴ m². با ۲۰٪ ضریب اطمینان برای رسوب، حدود ۱۲٫۵ m² انتخاب می‌شود.
مقایسه با پوسته‌لوله
| ویژگی | صفحه‌ای واشردار | پوسته‌لوله |
|---|---|---|
| U (W/m²K, water-water) | 3000 – 7500 | 800 – 1500 |
| حداقل اختلاف دمای نزدیک | 1 – 2 K | 5 – 10 K |
| فضا و وزن | ۲۰ تا ۳۰٪ پوسته‌لوله | مبنا |
| حداکثر فشار | ≈ 25 – 40 bar | > 100 bar |
| تمیزکاری و توسعه | آسان؛ افزودن پلیت | دشوارتر |
رسوب
آب سخت و دمای بالای سطح، رسوب را تسریع می‌کند. برای آب شهری معمولاً ضریب رسوب ۰.۰۰۰۰۲ تا ۰.۰۰۰۰۵ m²K/W در نظر گرفته می‌شود.
مقالات مرتبط
راهنمای انتخاب تله بخار: انواع، اصول کار و اشتباهات رایج
چرا یک تله‌ی خراب می‌تواند چند هزار دلار در سال بخار هدر دهد و چگونه تله‌ی درست را انتخاب کنیم.
۲ دقیقه مطالعه
محاسبه و انتخاب شیر کنترل: ضریب جریان Cv و Kv در عمل
از فرمول پایه تا انتخاب سایز و مشخصه‌ی مناسب؛ همراه با مثال عددی و جدول Kvs.
۲ دقیقه مطالعه
تنظیم کنترلر PID: مبانی، روش‌های تنظیم و پاسخ پله
اثر هر پارامتر، روش زیگلر-نیکولز و تنظیم لامبدا؛ همراه با شبیه‌سازی یک فرایند درجه‌یک با تأخیر.
۱ دقیقه مطالعه