หน่วยแลกเปลี่ยนความร้อนทำงานอย่างไร?

การแยกของไหล (โหมดหลัก)อุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนในอุตสาหกรรมและการค้าต่างประเทศส่วนใหญ่แยกของเหลวร้อนและเย็นอย่างเคร่งครัดผ่านผนังทึบที่มีการนำความร้อนสูง (เช่น ผนังท่อโลหะ แผ่นโลหะลูกฟูก) เพื่อหลีกเลี่ยงการผสมและการปนเปื้อนของของเหลวทั้งสอง และปล่อยให้ความร้อนถูกถ่ายเทผ่านผนังเท่านั้น ในสถานการณ์พิเศษบางอย่าง (เช่น หอทำความเย็น) จะใช้การแลกเปลี่ยนความร้อนแบบผสมการสัมผัสของไหลโดยตรง แต่ต้องเป็นไปตามข้อกำหนดของกระบวนการสำหรับความสามารถในการผสมของของไหล

แรงผลักดัน: ความแตกต่างของอุณหภูมิ (ΔT)แรงผลักดันหลักของการถ่ายเทความร้อนคือความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างของไหลร้อนและเย็น ยิ่งอุณหภูมิแตกต่างกันมาก อัตราการถ่ายเทความร้อนก็จะเร็วขึ้นเท่านั้น ตราบเท่าที่อุณหภูมิระหว่างของเหลวทั้งสองมีความแตกต่างกัน การถ่ายเทความร้อนจะเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติจนกว่าความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างของเหลวทั้งสองจะเข้าใกล้ศูนย์และถึงสมดุลไดนามิก ซึ่ง ณ จุดนี้การถ่ายเทความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพจะหยุดลง

กระบวนการหลัก:การถ่ายเทความร้อนสามขั้นตอน- ยกตัวอย่างเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนทางอ้อมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด การถ่ายเทความร้อนประกอบด้วยสามขั้นตอนติดต่อกัน ซึ่งไม่สามารถละเว้นได้:

- การถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อน (ของเหลว → ผนัง): เมื่อของเหลวที่มีอุณหภูมิสูง-ไหลผ่านด้านหนึ่งของผนัง โมเลกุลของของเหลวจะชนกับผนังและถ่ายเทความร้อนไปที่ผนัง ในเวลาเดียวกัน การไหลด้วยตาเปล่า (ความปั่นป่วน) ของของเหลวจะถ่ายเทความร้อนภายในไปยังผนังอย่างต่อเนื่อง ยิ่งอัตราการไหลเร็วขึ้นและความปั่นป่วนยิ่งมากขึ้น ประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนก็จะสูงขึ้นตามไปด้วย

- การนำความร้อน (ภายในผนัง): ความร้อนจะดำเนินการจากผนังด้านข้างที่มีอุณหภูมิสูง-ไปยังผนังด้านข้างที่มีอุณหภูมิสูง- ผ่านการสั่นของโมเลกุลของวัสดุผนังทึบ ค่าการนำความร้อนของวัสดุผนัง (เช่น ทองแดงและอะลูมิเนียม ซึ่งมีค่าการนำความร้อนได้ดีกว่าเหล็กกล้าไร้สนิม) และความหนาของผนังและระดับความเปรอะเปื้อนส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพการนำความร้อน

- การถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อน (ผนัง → ของเหลว): ผนังด้านข้างที่มีอุณหภูมิต่ำ-จะถ่ายเทความร้อนไปยังโมเลกุลของของเหลวที่มีอุณหภูมิต่ำ- ใกล้กับผนัง ของไหลอุณหภูมิต่ำ-จะพาความร้อนออกไปตามการไหลของมัน โดยจะรักษาความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างผนังกับของไหล และรับประกันการถ่ายเทความร้อนอย่างต่อเนื่อง

สมดุลพลังงาน:การอนุรักษ์ความร้อนภายใต้สภาวะที่เหมาะสม (โดยไม่สนใจการสูญเสียความร้อนจำนวนเล็กน้อย) ความร้อนทั้งหมดที่ปล่อยออกมาจากของไหลที่มีอุณหภูมิสูง-จะเท่ากับความร้อนทั้งหมดที่ถูกดูดซับโดยของไหลที่มีอุณหภูมิต่ำ- ซึ่งเป็นไปตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน เมื่อมีการถ่ายเทความร้อน อุณหภูมิของของไหลที่มีอุณหภูมิสูง-จะค่อยๆ ลดลง ในขณะที่อุณหภูมิของของไหลที่มีอุณหภูมิสูง- จะค่อยๆ เพิ่มขึ้น และความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างทั้งสองจะค่อยๆ ลดลง แคบลงจึงทำให้อัตราการถ่ายเทความร้อนลดลง