การพ่นจลนศาสตร์
รัสเซียได้เสนอเทคนิคขั้นสูง-การพ่นแบบจลน์ศาสตร์-เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของพื้นผิวครีบ สาระสำคัญของวิธีนี้อยู่ที่การใช้-กระแสความเร็วสูงของอนุภาคเย็นหรือร้อนเล็กน้อย-ที่เต็มไปด้วยของเหลวเพื่อสะสมอนุภาคผงลงบนพื้นผิวครีบ เทคนิคนี้ไม่เพียงแต่ช่วยให้เกิดการสะสมของโลหะเท่านั้น แต่ยังรวมถึงโลหะผสมและเซรามิก (หรือเซอร์เมต) อีกด้วย ส่งผลให้ได้พื้นผิวที่มีคุณสมบัติหลากหลาย ในทางปฏิบัติ ความต้านทานการสัมผัสที่ฐานของครีบมักเป็นปัจจัยหนึ่งที่จำกัดเมื่อติดครีบเข้ากับท่อแลกเปลี่ยนความร้อน เพื่อประเมินประสิทธิภาพของส่วนประกอบเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อแบบครีบ- ได้มีการดำเนินการศึกษาเชิงทดลอง การทดลองเกี่ยวข้องกับการพ่นสารเคลือบที่มีสารอัล- เป็นหลักบนพื้นผิวครีบ โดยเติมอลูมินาผสมสีขาว 24A ด้วยการประมวลผลและวิเคราะห์ข้อมูลการทดลองที่เกิดขึ้น จึงสามารถประเมินความต้านทานการสัมผัสที่ฐานครีบได้ การเปรียบเทียบประสิทธิภาพครีบที่วัดได้กับค่าทางทฤษฎีที่คำนวณได้นำไปสู่ข้อสรุปว่าความต้านทานการสัมผัสที่ฐานของครีบที่พ่นด้วยจลนศาสตร์ไม่มีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อประสิทธิภาพโดยรวม เพื่อตรวจสอบความถูกต้องของการค้นพบนี้ ได้ทำการวิเคราะห์ทางโลหะวิทยาบนโซนการเปลี่ยนแปลงระหว่างซับสเตรต (ท่อ) และการเคลือบ (ครีบ) การวิเคราะห์ตัวอย่างที่นำมาจากโซนการเปลี่ยนผ่านนี้เผยให้เห็นว่าไม่มีรอยแตกเล็กๆ{16}}หรือความไม่ต่อเนื่องตลอดความยาวทั้งหมดของส่วนต่อประสาน ด้วยเหตุนี้ วิธีการพ่นแบบจลนศาสตร์จึงเอื้อต่อการก่อตัวของส่วนต่อประสานแบบแยกย่อยที่โดดเด่นด้วยปฏิสัมพันธ์ของพื้นผิว-ที่แข็งแกร่ง มันส่งเสริมการแทรกซึมของอนุภาคผงเข้าไปในซับสเตรต ดังนั้นจึงอธิบายความต้านทานการยึดเกาะสูงที่สังเกตได้ การสร้างการสัมผัสทางกายภาพ และการก่อตัวของพันธะโลหะ ดังนั้น วิธีการพ่นแบบจลนศาสตร์สามารถนำมาใช้ไม่เพียงแต่สำหรับการผลิตครีบโดยตรงเท่านั้น แต่ยังสำหรับการยึดครีบ-ที่ผลิตด้วยวิธีการทั่วไป-กับพื้นผิวของท่อแลกเปลี่ยนความร้อน รวมถึงการเสริมฐานของครีบมาตรฐานด้วย คาดว่าวิธีการพ่นแบบจลนศาสตร์จะพบการใช้งานอย่างแพร่หลายในการผลิตเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน-ขนาดกะทัดรัดและประสิทธิภาพสูง
แผ่นกั้นแบบเฮลิคอล
ในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือก-และ-แบบท่อ การไหลด้านข้างของเปลือก-มักแสดงถึงปัญหาคอขวดด้านประสิทธิภาพที่สำคัญ โดยทั่วไปแล้ว แผ่นกั้นแบ่งส่วนแบบเดิมจะสร้างเส้นทางการไหลที่คดเคี้ยว (รูปแบบ "ซิกแซก") ซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของโซนตายที่สำคัญและระดับย้อนกลับ-ค่อนข้างสูง โซนเสียเหล่านี้กลับทำให้การเปรอะเปื้อนที่ด้านเปลือกรุนแรงขึ้น ส่งผลเสียต่อประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อน นอกจากนี้ การผสมกลับ-สามารถบิดเบือนและลดความแตกต่างของอุณหภูมิเฉลี่ยที่มีประสิทธิผลได้ ผลก็คือ เมื่อเปรียบเทียบกับระบบการไหลของปลั๊ก-ในอุดมคติ การใช้แผ่นกั้นแบบแบ่งส่วนจะส่งผลให้ประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนสุทธิลดลง เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือก-และ-แบบท่อทั่วไปที่ใช้แผ่นกั้นแบบแบ่งส่วนมักจะประสบปัญหาในการตอบสนองความต้องการประสิทธิภาพเชิงความร้อนสูง ด้วยเหตุนี้จึงมักถูกแทนที่ด้วยเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนประเภทอื่น (เช่น เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นขนาดกะทัดรัด) การปรับปรุงรูปทรงของแผ่นกั้นมาตรฐานถือเป็นขั้นตอนเริ่มต้นในการเพิ่มประสิทธิภาพ-ประสิทธิภาพของเชลล์ แม้ว่ามาตรการต่างๆ เช่น การแนะนำแถบปิดผนึก การเพิ่มแผ่นกั้นการโก่งตัว และการปรับเปลี่ยนอื่นๆ ได้ถูกนำมาใช้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการแลกเปลี่ยนความร้อนแล้ว แต่ข้อบกพร่องพื้นฐานที่มีอยู่ในการออกแบบแผ่นกั้นมาตรฐานยังคงมีอยู่ เพื่อตอบสนองต่อความท้าทายนี้ มีการเสนอวิธีแก้ปัญหาใหม่ในสหรัฐอเมริกา: การใช้แผ่นกั้นแบบเกลียว ความเหนือกว่าทางเทคนิคของการออกแบบนี้ได้รับการยืนยันจากทั้งการศึกษาพลศาสตร์ของไหลและผลการทดลองการถ่ายเทความร้อน และการออกแบบดังกล่าวได้รับการคุ้มครองสิทธิบัตรในเวลาต่อมา การกำหนดค่าเชิงโครงสร้างนี้เอาชนะข้อจำกัดหลักที่เกี่ยวข้องกับแผ่นกั้นแบบเดิมได้อย่างมีประสิทธิภาพ หลักการออกแบบเบื้องหลังแผ่นกั้นเฮลิคอลนั้นตรงไปตรงมา: แผ่นที่ประดิษฐ์ขึ้นเป็นพิเศษที่มีส่วนตัดเป็นวงกลม-ได้รับการติดตั้งภายใน "ระบบแผ่นกั้นเฮลิคอล" เสมือน แผ่นกั้นแต่ละแผ่นใช้พื้นที่หนึ่งใน-ในสี่ของพื้นที่หน้าตัด-ภายในด้านเปลือกของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน และทำมุมไปทางแกนกลางของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน- กล่าวคือ จะรักษาความเอียงเฉพาะที่สัมพันธ์กับแกน แผ่นกั้นที่อยู่ติดกันบรรจบกันที่ขอบ ทำให้เกิดรูปแบบเกลียวต่อเนื่องไปตามเส้นรอบวงด้านนอก การทับซ้อนกันตามแนวแกนของแผ่นกั้น-เป็นเทคนิคที่ช่วยลดระยะห่างของท่อที่ไม่ได้รับการสนับสนุนด้วย- การกำหนดค่าการออกแบบ "ขดลวด- สองเท่า" สามารถทำได้ โครงสร้างแผ่นกั้นเฮลิคอลสามารถรองรับสภาวะกระบวนการได้ค่อนข้างกว้าง การออกแบบนี้ให้ความยืดหยุ่นอย่างมาก ช่วยให้สามารถเลือกมุมเกลียวที่เหมาะสมที่สุดที่เหมาะกับสภาพการทำงานเฉพาะ นอกจากนี้ ขึ้นอยู่กับการใช้งานเฉพาะ อาจเลือกระหว่างการกำหนดค่าแผ่นกั้นที่ทับซ้อนกันหรือโครงสร้างแผ่นกั้นแบบเฮลิคอล-
หลอดบิด
นี่หมายถึงเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อแบน- หรือที่เรียกกันทั่วไปว่า "เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อบิด" กระบวนการผลิตหลอดแบนแบบเกลียวเหล่านี้เกี่ยวข้องกับขั้นตอนที่แตกต่างกันสองขั้นตอน: "การทำให้แบน" และ "การบิดร้อน" เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อบิด-ที่ได้รับการปรับปรุงยังคงรักษาความเรียบง่ายทางโครงสร้างของตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือก-และ-แบบท่อแบบดั้งเดิม ขณะเดียวกันก็นำเสนอความก้าวหน้าที่น่าสนใจมากมาย โดยให้ประโยชน์ด้านเทคนิคและเศรษฐกิจดังต่อไปนี้: ประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนที่เพิ่มขึ้น, ศักยภาพในการเปรอะเปื้อนที่ลดลง, กระแสไหลย้อน-ที่แท้จริง, ต้นทุนการผลิตที่ลดลง, การทำงานที่ปราศจากการสั่นสะเทือน-, ประหยัดพื้นที่ และการกำจัดส่วนประกอบแผ่นกั้นภายใน ด้วยรูปทรงที่เป็นเอกลักษณ์ของท่อ ทำให้ของเหลวทั้งด้านข้างของท่อและเปลือก-ถูกเหนี่ยวนำให้เป็นรูปแบบการไหลของขดลวดพร้อมกัน ซึ่งช่วยส่งเสริมความปั่นป่วนของของไหลได้อย่างมาก ดังนั้น ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนโดยรวมของเครื่องแลกเปลี่ยนนี้จึงสูงกว่าค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนทั่วไปประมาณ 40% ในขณะที่แรงดันตกที่เกี่ยวข้องยังคงใกล้เคียงกัน เมื่อประกอบเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน อาจใช้โครงแบบไฮบริดที่ใช้ทั้งท่อแบนแบบเกลียวและท่อเรียบ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนนี้ผลิตขึ้นตามมาตรฐาน ASME อย่างเคร่งครัด โดยทำหน้าที่ทดแทนเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือก-และ-แบบท่อทั่วไปและอุปกรณ์ถ่ายเทความร้อนแบบดั้งเดิมในการใช้งานแทบทุกประเภทที่มีการใช้อุปกรณ์ดังกล่าวอยู่ในปัจจุบัน สามารถบรรลุตัวชี้วัดประสิทธิภาพ-โดยเฉพาะอย่างยิ่งค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนที่เหมาะสมที่สุด-ที่เท่ากับหรือเกินกว่าค่าที่ดีที่สุดที่ได้รับจากอุปกรณ์ถ่ายเทความร้อนแบบเปลือกมาตรฐาน-และ-ท่อและแผ่น-และ-อุปกรณ์ถ่ายเทความร้อนแบบเฟรม ดังนั้นจึงคาดว่าจะมีแนวโน้มการใช้งานที่กว้างขวางและมีแนวโน้มในอุตสาหกรรมเคมีและปิโตรเคมี
เกลียว-ประเภทท่อ
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อเกลียว- (เรียกว่า "TA") โดยทั่วไปจะมีลวดโลหะพันรอบท่อเพื่อทำหน้าที่เป็นโครง (ครีบ) โดยทั่วไปแล้ว ลวดโลหะเหล่านี้จะติดอยู่กับท่อโดยใช้เทคนิคการเชื่อม อย่างไรก็ตาม วิธีการนี้ทำให้เกิดผลเสียต่อคุณภาพและประสิทธิภาพโดยรวมของอุปกรณ์ เนื่องจากกระบวนการบัดกรีจะ "หัก"-หรือทำให้ไม่มีประสิทธิภาพ-ส่วนสำคัญของพื้นที่ผิวของทั้งท่อและสายไฟ ซึ่งจะเป็นการลดพื้นที่การแลกเปลี่ยนความร้อนที่มีประสิทธิภาพ ที่สำคัญกว่านั้น การเสื่อมสภาพอย่างรวดเร็วและการกระจายตัวของวัสดุบัดกรีที่ตามมาสามารถนำไปสู่การอุดตันภายในเครื่องจักรและอุปกรณ์ ส่งผลให้เกิดความล้มเหลวก่อนเวลาอันควรและจำเป็นต้องเปลี่ยนใหม่ตั้งแต่เนิ่นๆ
การเปลี่ยนแปลง-โซนิค-แรงดันความเร็ว
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบ-โซนิค-ความเร็วแบบแปรผัน-หรือเรียกอีกอย่างว่าเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบสอง-เฟสโฟลว์เจ็ต--สามารถใช้ได้อย่างกว้างขวางในสาขาต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับการแลกเปลี่ยนความร้อนของไอน้ำ-ถึง- ด้วยการใช้ไอน้ำเป็นแรงผลักดัน อุปกรณ์นี้จึงสามารถเพิ่มอุณหภูมิของน้ำได้ทันทีโดยผ่านกระบวนการผสมไอน้ำ-ด้วยการอัดน้ำ ด้วยการใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีคลื่นกระแทกแรงดัน ทำให้เกิดแรงดันโดยไม่จำเป็นต้องใช้พลังงานกลจากภายนอก ความสามารถในการประหยัดพลังงานและการเพิ่มแรงดัน-อันน่าทึ่งช่วยลดต้นทุนการดำเนินงานสำหรับผู้ใช้ได้อย่างมาก ทำให้เป็นสิ่งทดแทนเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเดิมได้อย่างสมบูรณ์แบบ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนด้วยแรงดันความเร็ว-โซนิค-แบบแปรผันทำหน้าที่เป็นอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนแบบ-ไอน้ำ-เป็น-แบบไฮบริด ไอน้ำผ่านการขยายตัวแบบอะเดียแบติกและถูกฉีดเข้าไปใน-ไอพ่นความเร็วสูงเข้าไปในห้องผสม โดยจะผสม-โดยแรงของไอพ่นไอน้ำ-กับน้ำที่ได้รับความร้อน (ซึ่งผ่านการบำบัดการขึ้นรูปฟิล์ม- ก่อนหน้านี้) กระบวนการนี้จะสร้างส่วนผสมการอัดน้ำด้วยไอน้ำ-โดยมีอัตราส่วนปริมาตรที่คำนวณไว้โดยเฉพาะ เมื่อความหนาแน่นของการอัดทันทีของสารผสมนี้ถึงเกณฑ์วิกฤติ จะเกิดปรากฏการณ์สนามของไหลสองเฟสที่ชัดเจนขึ้น ภายใต้ไดนามิกที่เข้มข้นขึ้นของสนามของไหล ความเร็วเสียงของส่วนผสมจะเกิดการเปลี่ยนแปลง โดยทะลุผ่านเกณฑ์ "อุปสรรคเสียง" ทำให้เกิดคลื่นกระแทกแรงดันจำนวนมากพร้อมกัน ลักษณะการแพร่กระจายในทิศทางเดียวของคลื่นกระแทกแรงดันเหล่านี้ช่วยให้แน่ใจว่าน้ำร้อน-ซึ่งถึงอุณหภูมิที่ออกแบบไว้ทันที-จะมีแรงดันเพิ่มขึ้นภายในท่อ-หน้าตัด-ส่วนคงที่โดยไม่แสดงการไหลย้อนกลับใดๆ โดยพื้นฐานแล้ว เทคโนโลยี-โซนิค-การแลกเปลี่ยนความร้อนด้วยแรงดันความเร็วแบบแปรผันทำให้เกิดเอฟเฟกต์คู่-พร้อมกัน "การแลกเปลี่ยนความร้อนทันทีบวกกับ-กำลัง-แรงดันอิสระ" จากภายนอก-โดยการควบคุมความเข้มข้นที่ควบคุมของไดนามิกของสนามของไหลสอง-เฟส