من به عنوان تأمین کننده لوله های لیزر جوش داده شده لیزر ، من از اول شاهد نقش اساسی این مؤلفه ها در برنامه های مختلف انتقال حرارت صنعتی بوده ام. یکی از عوامل اصلی که به طور قابل توجهی بر عملکرد انتقال حرارت این لوله ها تأثیر می گذارد ، ارتفاع باله است. در این وبلاگ ، من به این موضوع می پردازم که چگونه ارتفاع باله بر انتقال حرارت لوله های لیزر جوش داده شده لیزر تأثیر می گذارد.
درک لوله های لیزر جوش داده شده لیزر
قبل از بحث در مورد تأثیر ارتفاع باله ، بیایید به طور خلاصه بفهمیم لوله های لیزر جوش داده شده لیزر چیست. این لوله ها با جوشکاری باله ها بر روی یک لوله از جنس استنلس استیل با استفاده از فناوری لیزر ساخته می شوند. جوشکاری لیزر مزایای مختلفی از قبیل دقت بالا ، پیوند قوی بین باله و لوله و حداقل اعوجاج را ارائه می دهد. باله ها سطح سطح لوله را افزایش می دهد که به نوبه خود سرعت انتقال حرارت را افزایش می دهد.
انواع مختلفی از لوله های فنر موجود در بازار وجود دارد ، از جملهلوله L-Finnedبالوله HH-finnedوتلوله های فنری طولی جوش داده شدهبشر هر نوع ویژگی ها و برنامه های منحصر به فرد خود را دارد ، اما همه آنها به اصل افزایش سطح سطح برای بهبود انتقال حرارت متکی هستند.
مبانی انتقال حرارت در لوله های فنلاندی
انتقال حرارت در لوله های فنر از طریق سه مکانیسم اصلی اتفاق می افتد: هدایت ، همرفت و تابش. انتقال انتقال گرما از طریق مواد جامد لوله و باله ها است. همرفت انتقال گرما بین مایع (یا گاز یا مایع) است که بر روی باله ها و سطح باله جریان دارد. تابش انتقال گرما از طریق امواج الکترومغناطیسی است.
میزان انتقال حرارت کلی (Q) را می توان با استفاده از معادله زیر محاسبه کرد:
[q = u \ times a \ times \ delta t]
در جایی که (U) ضریب انتقال حرارت کلی است ، (الف) کل سطح انتقال حرارت است و (\ Delta T) اختلاف دما بین مایعات گرم و سرد است.
باله ها مقدار (a) را افزایش می دهند ، که مستقیماً بر میزان انتقال حرارت تأثیر می گذارد. با این حال ، ارتفاع باله نیز در ضریب انتقال حرارت کلی (U) تأثیر دارد.
تأثیر ارتفاع باله در سطح سطح
بارزترین اثر افزایش ارتفاع باله ، افزایش در سطح کل لوله فنلاندی است. مساحت یک باله را می توان با استفاده از فرمول سطح سطح جانبی یک منشور مستطیل محاسبه کرد (با فرض اینکه باله دارای یک قسمت صلیب مستطیل شکل) است. اگر باله دارای طول (L) ، عرض (W) و ارتفاع (H) باشد ، سطح سطح یک طرف باله است (A_ {FIN} = L \ TIME H).
با افزایش ارتفاع باله (H) ، سطح سطح باله و در نتیجه سطح کل سطح لوله فنلاندی افزایش می یابد. با توجه به معادله انتقال حرارت (q = u \ برابر \ برابر \ دلتا t) ، افزایش (الف) منجر به افزایش سرعت انتقال حرارت (q) می شود ، با فرض اینکه (u) و (\ delta t) ثابت باقی می مانند.
با این حال ، توجه به این نکته حائز اهمیت است که افزایش ارتفاع باله همیشه منجر به افزایش متناسب در انتقال حرارت نمی شود. عوامل دیگری در بازی وجود دارد ، مانند راندمان باله.
راندمان باله و ارتفاع باله
راندمان باله ((\ eta_f)) معیاری است که چگونه یک باله گرما را به طور مؤثر منتقل می کند. این به عنوان نسبت سرعت انتقال حرارت واقعی باله به میزان انتقال حرارت که در صورت وجود کل باله در دمای پایه رخ می دهد ، تعریف می شود.
با افزایش ارتفاع باله ، اختلاف دما بین پایه باله و نوک باله نیز افزایش می یابد. این امر به این دلیل است که گرما باید با هدایت فاصله بیشتری از طریق باله طی کند. در نتیجه ، با افزایش ارتفاع باله ، راندمان باله کاهش می یابد.
راندمان باله را می توان با استفاده از فرمول زیر برای یک باله مستطیل مستقیم محاسبه کرد:
[\ eta_f = \ frac {\ tanh (mh)} {mh}]
جایی که (m = \ sqrt {\ frac {2h_ {c}} {k \ delta}) ، (h_ {c}) ضریب انتقال حرارت همرفت است ، (k) هدایت حرارتی مواد باله است ، (\ delta) ضخامت باله است و (h) ارتفاع باله است.
با افزایش (ساعت) ، (MH) افزایش می یابد ، و (\ tanh (MH)) به 1 نزدیک می شود ، اما با سرعت کندتر از (MH) افزایش می یابد. بنابراین ، (\ eta_f) کاهش می یابد.
راندمان باله پایین تر بدان معنی است که سطح اضافی که توسط باله های بلندتر ارائه می شود ، به عنوان مؤثر برای انتقال حرارت استفاده نمی شود. بنابراین ، یک ارتفاع باله بهینه وجود دارد که سرعت انتقال حرارت به حداکثر می رسد.
تأثیر ارتفاع باله بر جریان سیال و انتقال حرارت همرفت
ارتفاع باله همچنین بر جریان سیال در اطراف باله ها تأثیر می گذارد. با افزایش ارتفاع باله ، مسیر جریان سیال پیچیده تر می شود. این می تواند منجر به افزایش افت فشار در بسته نرم افزاری لوله فنلاندی شود.
افت فشار بالاتر به این معنی است که انرژی بیشتری برای پمپ کردن مایعات از طریق سیستم لازم است. علاوه بر این ، افزایش پیچیدگی جریان می تواند منجر به تشکیل مناطق راکد یا مناطق چرخش در اطراف باله ها شود. این مناطق دارای ضریب انتقال حرارت همرفتی پایین تر (H_ {C}) هستند که به نوبه خود ضریب انتقال حرارت کلی (U) را کاهش می دهد.
از طرف دیگر ، در بعضی موارد ، یک باله بلندتر می تواند تلاطم جریان سیال را تقویت کند. جریان آشفته به طور کلی ضریب انتقال حرارت همرفت بالاتر از جریان لمینار است. بنابراین ، بین اثر مثبت افزایش تلاطم و تأثیر منفی افزایش افت فشار و رکود جریان تعادل وجود دارد.
پیدا کردن ارتفاع باله بهینه
برای یافتن ارتفاع بهینه باله برای یک کاربرد خاص ، باید چندین عامل در نظر گرفته شود ، از جمله نوع سیال ، سرعت جریان ، اختلاف دما و خصوصیات مواد لوله و باله.
مطالعات تجربی و شبیه سازی های عددی اغلب برای تعیین ارتفاع بهینه باله استفاده می شود. در مطالعات تجربی ، لوله های مختلف فنر با ارتفاع باله مختلف در یک محیط کنترل شده آزمایش می شوند و سرعت انتقال حرارت و افت فشار اندازه گیری می شود. شبیه سازی های عددی ، مانند دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) ، می توانند اطلاعات مفصلی در مورد جریان سیال و انتقال حرارت در داخل و اطراف لوله های فنر ارائه دهند.
به طور کلی ، برای کاربردهایی که ضریب انتقال حرارت همرفتی کم است (به عنوان مثال ، انتقال حرارت گاز - جانبی) ، باله های بلندتر ممکن است مفیدتر باشند زیرا می توانند سطح سطح را به میزان قابل توجهی افزایش دهند. برای برنامه های دارای ضریب انتقال حرارت همرفت بالا (به عنوان مثال ، انتقال حرارت مایع - جانبی) ، ممکن است باله های کوتاه تر برای حفظ راندمان باله بالا مناسب تر باشند.
پایان
در نتیجه ، ارتفاع باله تأثیر قابل توجهی در انتقال حرارت لوله های لیزر جوش داده شده با لیزر دارد. در حالی که افزایش ارتفاع باله باعث افزایش سطح سطح و به طور بالقوه سرعت انتقال حرارت می شود ، همچنین بر راندمان باله ، جریان سیال و افت فشار نیز تأثیر می گذارد. ارتفاع باله ای بهینه وجود دارد که میزان انتقال حرارت به حداکثر می رسد و این ارتفاع بهینه به عوامل مختلف مربوط به کاربرد خاص بستگی دارد.
ما به عنوان تأمین کننده لوله های ضد زنگ لیزر جوش داده شده ، اهمیت پیدا کردن ارتفاع باله مناسب را برای نیازهای مشتریان می دانیم. ما تیمی از متخصصان داریم که می توانند به شما در انتخاب مناسب ترین طراحی لوله فنلاندی بر اساس نیازهای انتقال حرارت خود کمک کنند. اگر علاقه مند به کسب اطلاعات بیشتر در مورد محصولات ما یا بحث در مورد برنامه انتقال حرارت خاص خود هستید ، لطفاً برای بحث تهیه با ما تماس بگیرید. ما متعهد هستیم که لوله های با کیفیت بالا را ارائه دهیم که نیازهای انتقال حرارت شما را برآورده می کند.
منابع
- Incropera ، FP ، & DeWitt ، DP (2002). اصول گرما و انتقال انبوه. جان ویلی و پسران.
- Bergman ، TL ، Lavine ، AS ، Incropera ، FP ، & DeWitt ، DP (2011). مقدمه انتقال حرارت. جان ویلی و پسران.