حرارت و مبدل‌ها

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.

۲ دقیقه مطالعهبه‌روزرسانی: ۳۰ مهر ۱۴۰۵

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.

۲۰۴۰۶۰۸۰۱۰۰۰۲۰۴۰۶۰۸۰۱۰۰موقعیت در طول مبدل (%)دما (°C)سیال گرمسیال سردگرم — موازیسرد — موازی
شکل ۱ — مقایسه‌ی جریان مخالف (خط ممتد) و موازی (خط چین) با NTU = 1.5 و ظرفیت حرارتی برابر. در جریان مخالف دمای خروجی سرد می‌تواند از خروجی گرم بیشتر شود.
آرایشΔT₁ (°C)ΔT₂ (°C)LMTD (°C)
جریان مخالف۲۸۲۸۲۸
جریان موازی۷۰۳٫۴۲۲
جدول ۱ — LMTD برای همان دماهای ورودی؛ جریان مخالف اختلاف دمای مؤثر بیشتری می‌دهد.
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

ویژگیصفحه‌ای واشردارپوسته‌لوله
U (W/m²K, water-water)3000 – 7500800 – 1500
حداقل اختلاف دمای نزدیک1 – 2 K5 – 10 K
فضا و وزن۲۰ تا ۳۰٪ پوسته‌لولهمبنا
حداکثر فشار≈ 25 – 40 bar> 100 bar
تمیزکاری و توسعهآسان؛ افزودن پلیتدشوارتر
جدول ۲ — مقایسه‌ی مبدل صفحه‌ای و پوسته‌لوله (مقادیر معمول)
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.
از من بپرس