يرجع استخدام الأنابيب المسطحة الإهليلجية في المبادلات الحرارية بشكل رئيسي إلى الأسباب التالية:
1. مزايا أداء نقل الحرارة
منطقة نقل الحرارة الكبيرة: تحت نفس المنطقة المستعرضة ، يكون محيط نقل الحرارة لأنبوب مسطح بيضاوي أطول من أنبوب دائري ، مما يوفر منطقة نقل حرارة أكبر ويسمح بنقل الحرارة الكامل. على سبيل المثال ، في المبادل الحراري للأنبوب ، يمكن أن تزيد الأنابيب المسطحة الإهليلجية من منطقة التلامس مع الزعانف وتحسين كفاءة نقل الحرارة الكلية.
تعزيز اضطراب السائل: مساحة المقطع العرضي للتدفق لأنبوب مسطح بيضاوي صغير نسبيًا مقارنة مع أنبوب دائري. عندما يظل معدل التدفق ثابتًا ، تزداد سرعة تدفق السائل داخل الأنبوب ، ويتم تعزيز الاضطراب ، ويتم تعزيز نقل الحرارة الحراري داخل الأنبوب. بالنسبة للسائل خارج الأنبوب ، يتم تبسيط الأنبوب المسطح الإهليلجي تقريبًا ، والمقاومة صغيرة عندما يتم جرف السائل إلى الخارج. يمكن أن يزيد من سرعة التدفق ويعزز نقل الحرارة الخارجي مع السماح بنفس مقاومة التدفق.
توزيع درجة الحرارة الموحدة: من خلال محاكاة ديناميات السوائل الحسابية CFD ، من المعروف أن توزيع السرعة ودرجة الحرارة حول الأنبوب المسطح الإهليلجي أكثر اتساقًا ، وهو ما يفضي إلى الانتقال الكامل للحرارة للأنبوب ويمكن أن يقلل بشكل فعال من ارتفاع درجة الحرارة المحلية أو تقف في ظواهر التبريد في المبادلة الحرارية ، مما يحسن استقرار وفعالية انتقال الحرارة.
2. خصائص ميكانيكا السوائل الجيدة
تقليل مقاومة التدفق: أنابيب مسطحة بيضاوية يمكن أن تقلل من مقاومة جانب الهواء. عندما يكون اتجاه المحور الطويل للأنبوب الإهليلجي متسقًا مع اتجاه تدفق السوائل ، فإن نقطة الفصل تتحرك للخلف بالنسبة إلى الأنبوب الدائري ، وفقدان التدفق الناجم عن شارع Karman Vortex في منطقة الفصل بشكل كبير. في مبادل حراري مع نفس حجم الهواء والمنطقة الريفية ، فإن قناة التدفق الصافي الفعلي للأنبوب المسطح الإهليلجي لها سرعة رياح منخفضة نسبيًا ، والتي يمكن أن تقلل بشكل فعال من الاضطراب على الجانب الرباعي وتقلل من مقاومة الرياح.
تقليل خطر الاهتزاز: أخذ الأنبوب المسطح الإهليلجي الملتوي الملتوي على سبيل المثال ، يتدفق السائل الجانبي للقذيفة في شكل حلزوني للأمام ، وتجنب انخفاض الضغط الناتج عن الاتجاه المتغير باستمرار لتدفق السوائل في المبادلات الحرارية التقليدية ويقلل من اهتزاز أنابيب نقل الحرارة الناتجة عن نقل حرارة التدفق الجانبي.
3. مزايا التصميم الهيكلي واستخدام الفضاء
ترتيب أكثر إحكاما: يمكن ترتيب الأنابيب المسطحة الإهليلجية بشكل أكثر إحكاما ، مما يتيح وضع المزيد من أنابيب التبادل الحراري في نفس المساحة ، مما يجعل بنية المبادل الحراري أكثر إحكاما وزيادة نقل الحرارة لكل وحدة حجم ، مما يقلل بشكل فعال من الحجم الكلي وبصمة المبادل الحراري. في بعض الأماكن المحدودة مثل السفن ، والنباتات الكيميائية الصغيرة ، وما إلى ذلك ، لها مزايا كبيرة.
هيكل الدعم الذاتي: عند تجميع أنبوب مسطح بيضاوي ملتوية في مبادل حراري ، يمكن أن يعتمد على ملامسة النقطة للخط الحلزوني الخارجي لدعم الذات ، دون الحاجة إلى دعم حزمة أنبوب إضافية ، وتوفير المواد والتكاليف ، وتجنب المناطق الميتة للتدفق ومشاكل التحجيم الناتجة عن الدعم.
4. فوائد اقتصادية شاملة عالية
تقليل تكاليف التشغيل: يتمتع المبادل الحراري المسطح الإهليلجي بانخفاض مقاومة على جانب الرياح ، وخلال التشغيل ، يكون استهلاك الطاقة في معدات الطاقة مثل المعجبين منخفضًا ، مما قد يقلل من تكاليف التشغيل على المدى الطويل. في الوقت نفسه ، يمكن أن تقلل كفاءة نقل الحرارة العالية من استهلاك الطاقة المطلوب لتحقيق نفس كمية نقل الحرارة.
تقليل تكاليف الصيانة: نظرًا للخصائص الهيكلية للأنبوب المسطح الإهليلجي ، لا توجد منطقة ميتة في جانب القشرة ، ولديها أداء جيد لمكافحة التحجيم ، مما قد يقلل من تواتر وتكلفة التنظيف والصيانة للمبادل الحراري. علاوة على ذلك ، فإنه يتمتع بقوة عالية ، ولا يتم تجميد الأنبوب الأساسي بسهولة وتصدع في فصل الشتاء ، مع عمر خدمة طويل ، مما يقلل أيضًا من تكلفة استبدال المعدات وصيانتها.
