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【冷水机知识】过程冷却中的换热器

什么是热交换器

热交换器是通过冷却介质(流体或空气)的运动在物质之间传递热量的系统。它们可用于多种工业应用中的加热和冷却:发电站,计算机处理器,化工厂,食品和饮料加工,精炼厂,制冷,空间加热/冷却,内燃机等。

生物换热器

一些最有影响力的发明来自观察自然现象。换热器没有什么不同,因为它们遍布整个星球,包括动物界。实际上,您现在正在呼吸。当您通过鼻子吸入冷空气时,热量从鼻道血管转移到该空气中,然后呼出温暖的空气。这些循环系统热交换器还存在于动物的耳朵,四肢甚至特殊器官(称为颈动脉网)中,以帮助调节极端环境中的体温。

换热器如何工作?

热交换器使用热力学原理将热量尽可能有效地从(冷却)或转移(加热)区域。这里,有3种主要的传热方法:传导,对流和辐射。

传热方法

传导需要固体物体之间的物理接触才能使热量移动。一个简单的例子是在电炉上面的锅。热量直接从炉子传递到锅的表面。现在来看对流,想像一下您往锅里注水了。热量将在液体分子中循环并移动,从而使锅底中央的水分子也变得更热。了解辐射过程的最简单方法是走进室外进入阳光。每天都有来自太阳的电磁波辐射到我们身上。

最大表面积接触

使用上图,我们可以看到接触和移动是重要的传热因素。这意味着我们可以通过增加表面接触,接触时间和有效流动来改善热运动。简单地说,更大的表面积接触+更长的接触时间+连续流动=更大的热传递。热量转移得更快,更有效,效果更好。热交换器通过最大化表面积和与流动的冷却介质(空气或流体)的接触时间来实现这一点。

当冷热介质(空气或流体)相互流动时,只要它们彼此接触,热量就会从热介质转移到冷介质中。换热器经过特殊设计,可以在提供的空间内最大程度地增加这种接触。让我们看一下当今热交换器中使用的一些巧妙设计。

换热器类型

有很多方法可以使冷媒和热媒相互流动。热工程师将根据不同应用的热负荷(需要移动多少热量和需要多快)来使用不同的设置。使用这些设计元素,可以实现无数种可能的组合和流动路径。

板式换热器

一些热交换器使用金属板,这些金属板被堆叠或排成一排。冷热介质以交替的方式流过这些板以传递热量。

翅片式换热器

为了进一步增加表面积,这些板还可以使用微通道或散热片进行纹理化处理,以产生更多的流动路径。流体不是沿着金属板的表面均匀流动,而是沿着这些策略性组织的路径流动。

管壳式换热器

在此模型中,流体管进入填充有其他流体温度的壳体。这些管子会进行一系列弯曲,并在内部转弯以增加与替代流体的接触。在其在壳中的时间期间,管流体从壳流体中传递热量或从壳流体中吸收热量。