Как паяльный теплообменник решает проблему теплообмена?

Паяльный теплообменник - это своего рода теплообменное оборудование, которое соединяет металлические детали (например, пластины, ребра, перегородки и т. Д.) в целом с помощью процесса пайки. Основная логика решения проблемы теплообмена заключается в оптимизации конструкции, усилении механизма теплопередачи, повышении адаптивности условий, целенаправленном решении болевых точек традиционного теплообменника с точки зрения эффективности, компактности, герметичности и т. Д. В частности, его решения могут быть реализованы в следующих областях:

I. Повышение эффективности теплопередачи на единицу объема с помощью "компактной структуры"

Одним из основных требований теплообмена является передача тепла в ограниченном пространстве, и конструкция паяльных теплообменников значительно оптимизирована:

Плотность теплопередачи высокой плотности: тонкие металлические пластины (толщина обычно 0,1 - 0,5 мм) или ребра (например, плоские, гофрированные, зазубренные) плотно соединяются в процессе пайки, образуя большое количество параллельных или пересекающихся крошечных каналов (размер канала обычно 1 - 5 мм). Эта конструкция позволяет площади теплопередачи на единицу объема (удельная площадь поверхности) достигать 500 - 2000 м² / м³, что намного выше, чем у традиционных трубчатых теплообменников (обычно < 100 м² / м³), что значительно увеличивает контактную площадь холодных и тепловых жидкостей и непосредственно повышает эффективность теплопередачи.

Оптимизация компоновки канала: Поток может быть спроектирован как форма противотока, положительного или перекрестного потока (в основном противотока), в которой компоновка противотока может сделать распределение разности температур между холодными и горячими жидкостями более равномерным, а конечная разность температур меньше (может быть ниже 5 - 10°C), более полное использование энергии, чем попутный поток.

II. Снижение теплового сопротивления теплопередачи за счет "усиленной турбулентности"

Эффективность передачи тепла зависит от « конвективного теплового сопротивления» между жидкостью и поверхностью стенки, а турбулентная жидкость может значительно уменьшить это тепловое сопротивление (коэффициент теплопередачи при турбулентности в 3 - 10 раз выше, чем при ламинарном потоке). Паяльный теплообменник усиливает турбулентность с помощью конструкции канала:

Структура интерферометрического канала: поверхность ребра или пластины часто спроектирована как гофрированная, зазубренная, выпуклая и другие вогнутые и выпуклые структуры, при прохождении жидкости возникают локальные вихри и возмущения, которые разрушают « ламинарный пограничный слой » на поверхности стенки (основная область концентрации теплового сопротивления), что делает тепловое смешение внутри жидкости более полным и ускоряет передачу тепла на поверхность стенки.

Адаптация к высокой скорости потока: конструкция крошечного канала позволяет жидкости при более низком падении давления (по сравнению с трубкой) достигать более высокой скорости потока (обычно 1 - 5 м / с), высокая скорость потока дополнительно способствует формированию турбулентности, одновременно уменьшая отклонение времени пребывания жидкости в канале и избегая локального перегрева или неполного теплообмена.

III. Решение проблемы уплотнения и контактного теплового сопротивления с помощью "процесса пайки"

Герметичность теплообменника и качество контакта между компонентами напрямую влияют на стабильность теплообмена:

уплотнение без утечки: при пайке припой припой при высокой температуре (например, сплав на основе меди и никеля) заполняет щели металлических деталей после плавления, образуя уплотнительные соединения, соединенные атомным классом, полностью избегая риска утечки при традиционном уплотнении прокладки (легко стареет, не выдерживает высоких температур). Даже в условиях высокого давления (до 30 МПа), высокой температуры (до 800 ° C и выше, в зависимости от материала) можно обеспечить строгую изоляцию холодной и горячей жидкости, подходящей для теплообмена легковоспламеняющихся и взрывоопасных, коррозионных жидкостей (например, хладагентов, химических сред).

Снижение контактного теплового сопротивления: при соединении компонентов традиционного теплообменника (например, крепление болтов) может существовать зазор, что приводит к увеличению « контактного теплового сопротивления» (сопротивление при прохождении тепла через контактную поверхность). Непрерывный сварной шов, образованный пайкой, устраняет зазор, так что тепло может передаваться непосредственно через металлическую базу, контактное тепловое сопротивление может быть уменьшено до менее 1 / 10 от традиционной конструкции.

IV. Адаптация к сложным условиям посредством "соответствия материалов и процессов"

Теплообмен в разных сценариях сталкивается с высокой температурой, коррозией, вибрацией и другими проблемами, паяльный теплообменник улучшает адаптивность посредством выбора материала и оптимизации процесса:

Термостойкие к коррозии материалы: выбор основного материала (например, нержавеющей стали 316L, титанового сплава, никелевого сплава) и припоя (например, припой на основе никеля выдерживает температуру выше 800 °C, припой на основе меди подходит для средней и низкой температуры) в соответствии с условиями работы, например, использование титановых пластин + припоя на основе титана в теплообмене морской воды, может противостоять коррозии ионов хлора; Использование никелевых сплавов в высокотемпературном теплообмене дымовых газов выдерживает окисление и сульфирование.

Усиление прочности конструкции: после пайки общая конструкция не имеет ослабляющих компонентов, обладает сильной вибрационной и ударной способностью, подходит для динамических условий, таких как автомобильный транспорт (например, охлаждение аккумулятора автомобиля с новой энергией) (например, охлаждение двигателя самолета).

V. Сокращение потерь энергии за счет "проектирования с низким сопротивлением течению"

В процессе теплообмена сопротивление потоку жидкости потребляет дополнительную мощность (например, потребление энергии насосом и вентилятором), а паяльный теплообменник уменьшает сопротивление путем оптимизации потока:

Сглаживание внутренней стенки канала: процесс пайки обеспечивает гладкость внутренней стенки канала (шероховатость < 1 мкм), уменьшает сопротивление трению жидкости; В то же время направление потока спроектировано как градиентное (избегая поворота под прямым углом), уменьшающее потерю местного сопротивления.

Соответствие характеристикам жидкости: для жидкостей с высокой вязкостью (например, смазочных материалов) может быть спроектирован широкий и неглубокий канал; Для жидкостей с низкой вязкостью (например, воды, хладагентов) можно спроектировать узкие глубокие каналы, чтобы скорость потока и сопротивление достигали равновесия, обеспечивая эффективность теплопередачи при одновременном снижении расхода насоса на 10 - 30%.

Резюме

Паяльный теплообменник повышает площадь теплопередачи через компактную конструкцию, турбулентное усиление уменьшает тепловое сопротивление, процесс пайки обеспечивает непрерывность уплотнения и теплопередачи, материал и конструкция приспосабливаются к сложным условиям работы, конструкция с низким сопротивлением потока уменьшает потребление энергии, систематически решает основные проблемы теплообмена, такие как « низкая эффективность, большой объем, высокий риск утечки, плохая адаптивность к условиям работы, высокое энергопотребление», поэтому широко используется в новых областях энергетики, химической промышленности и охлаждения.