Heat sink fins at parallel-flow fin heat exchanger na disenyo

Mga prinsipyo ng disenyo ng heat sink fins para sa mga application ng condenser

Pinapataas ng mga palikpik ang epektibong panlabas na bahagi ng ibabaw ng mga tubo o mga plato upang palakasin ang convective heat transfer. Sa mga condenser (gas-to-liquid o vapor-to-liquid), ang mga palikpik ay karaniwang ginagamit sa gilid ng singaw/hangin upang mabawasan ang gastos at bakas ng paa ng exchanger habang nakakamit ang kinakailangang pagtanggi sa init. Ang mga pangunahing variable ng disenyo ay uri ng palikpik (plain, louvered, wavy, pierced), fin pitch (fins per meter o fins per inch), taas ng palikpik, kapal ng palikpik, at materyal na thermal conductivity.

Mga pangunahing kaalaman sa thermal performance

Gamitin ang pangkalahatang kaugnayan sa paglipat ng init Q = U · A · ΔT . Gumagana ang mga palikpik sa pamamagitan ng pagtaas ng maliwanag na lugar A at sa pamamagitan ng pagbabago ng lokal na convective coefficient h. Para sa may palikpik na ibabaw ang epektibong lugar ay A_finned = η_f · A_geometric, kung saan ang η_f ay fin efficiency. Ang praktikal na disenyo ay nangangailangan ng sabay-sabay na pagsasaalang-alang ng U, η_f, at densidad ng packing upang maiwasan ang labis na pagbaba ng presyon.

Mga hadlang sa mekanikal at airflow

Ang mas mahigpit na pitch ng palikpik ay nagpapataas ng lugar ngunit nagpapataas ng pagbaba ng presyon sa gilid ng hangin at panganib ng fouling. Sa condenser coils na may parallel airflow (parallel-flow condenser), ang pare-parehong pamamahagi ng daloy sa mukha ng coil ay kritikal; ang hindi pantay na daloy ay binabawasan ang lokal na paglipat ng init at maaaring magdulot ng mga na-localize na dry patch o pagyeyelo. Dapat balansehin ng disenyo ang lugar, lakas ng fan, at fouling allowance.

Parallel-flow condenser na may fin heat exchangers — operasyon at layout

Ang mga parallel-flow condenser ay nagruruta ng nagpapalamig (o gumaganang likido) sa maraming parallel na tubo habang ang hangin o singaw ay dumadaloy nang nakahalang sa mga may palikpik na mukha. Kung ikukumpara sa mga disenyo ng counterflow, ang mga parallel-flow condenser ay mas simple sa paggawa at maaaring makamit ang pagiging compact ngunit nangangailangan ng maingat na pamamahagi ng header at tube upang mapanatiling pare-pareho ang mga bilis ng nagpapalamig at heat flux.

Karaniwang layout ng coil at mga header

Ang magandang disenyo ng header (wastong diameter ng header, pagkakalagay ng inlet/outlet nozzle, at mga panloob na baffle) ay pumipigil sa maldistribution. Para sa parallel flow: tiyakin na ang bawat hilera ng tubo ay may katulad na hydraulic resistance; gumamit lamang ng mga orifice o restrictor kung kinakailangan. Isaalang-alang ang multi-pass o cross-coupled tube circuit kapag ang single-pass parallel header ay magbibigay ng labis na mga pagkakaiba sa bilis.

Mga pagsasaalang-alang sa gilid ng hangin para sa parallel na daloy

Sa mga device kung saan dumadaloy ang hangin sa mga finned tube pack, panatilihin ang bilis ng mukha sa loob ng mga inirerekomendang saklaw (madalas na 1.5–3.5 m/s para sa mga air-cooled na condenser) upang balansehin ang paglipat ng init at ingay. Para sa mahalumigmig na klima, ang pinataas na espasyo ng palikpik ay binabawasan ang pagbabara mula sa particulate at biological fouling ngunit binabawasan ang lugar.

Pagpili ng geometry ng palikpik at mga trade-off sa pagganap

Pumili ng geometry ng palikpik upang tumugma sa mga layunin sa pagganap: i-maximize ang paglipat ng init sa bawat pagbaba ng presyon ng unit, bawasan ang gastos at masa, at payagan ang paggawa gamit ang kinakailangang tooling. Mga karaniwang fin geometries para sa mga condenser:

• Plain (tuwid) fins — simple, mura, mabuti para sa mababa hanggang katamtamang bilis ng hangin.
• Louvered fins — mataas na lokal na turbulence ay tumataas h, ginagamit kung saan mataas ang heat flux at katanggap-tanggap ang ilang pressure drop.
• Slit o pierced fins — magdagdag ng turbulence na may katamtamang pressure penalty; kadalasang ginagamit sa mga automotive condenser.
• Wavy fins — intermediate enhancement at pressure drop; maaaring mas madaling linisin kaysa sa louvers.

Mga dami ng tradeoff

Kapag naghahambing ng mga disenyo, suriin ang: partikular na lugar (m²/m³), kahusayan ng palikpik η_f, at pagbaba ng presyon ΔP. Ang isang disenyo na may 20-50% na mas mataas na panlabas na lugar sa ibabaw (sa pamamagitan ng mga palikpik) ngunit 2-3x na mas mataas na ΔP ay maaaring hindi pa rin kanais-nais kung ang lakas ng fan at mga hadlang sa ingay ay mahigpit. Gumamit ng mga mapa ng pagganap (h vs. Re, at pagbaba ng presyon kumpara sa Re) mula sa data ng vendor upang pumili ng fin geometry.

Halimbawa ng praktikal na disenyo at pagkalkula ng sample

Halimbawang kinakailangan: tanggihan ang Q = 10 kW ng init sa isang condenser na may inaasahang pangkalahatang U ≈ 150 W·m⁻²·K⁻¹ at ibig sabihin ng pagkakaiba ng temperatura ΔT ≈ 10 K. Kinakailangan ang panlabas na epektibong lugar A = Q / (U · ΔT). Ang paggamit ng mga kinatawan na numerong ito ay nagbubunga:

A_kinakailangan = 10,000 W ÷ (150 W·m⁻²·K⁻¹ × 10 K) = 6.67 m² (epektibong finned area). Kung ang napiling fin geometry ay nagbibigay ng finning enhancement factor na humigit-kumulang 4 (ibig sabihin, ang geometric finned area ay 4x ang bare tube area at ang average na fin efficiency ay kasama sa factor na iyon), ang bare tube/surface area ay kinakailangan ≈ 1.67 m².

Paano gamitin ang mga numerong ito

Mula sa target na hubad na lugar, kunin ang mga sukat ng coil at haba ng tubo: hubad na lugar sa bawat metro ng tubo = π · D_o · 1m (mga kontribusyon sa lugar ng kwelyo ng palikpik kung gumagamit ng mga strip fins). Hatiin ang kinakailangang hubad na lugar ayon sa lugar sa bawat tube-meter upang makuha ang kabuuang haba ng tubo, pagkatapos ay ayusin ang mga tubo sa mga hilera at hanay upang magkasya ang mga hadlang sa mukha ng coil. Palaging magdagdag ng 10–25% na karagdagang lugar para sa fouling at pana-panahong margin ng pagganap.

Mga pagsasaalang-alang sa paggawa, materyales, at kaagnasan

Ang mga karaniwang materyales ng palikpik ay aluminyo (magaan, mataas na kondaktibiti, matipid) at tanso (mas mataas na kondaktibiti, mas mataas na gastos). Para sa mga panlabas na condenser na nakalantad sa mga corrosive na atmospheres, isaalang-alang ang mga coated fins (polymer, epoxy, o hydrophilic coatings) o hindi kinakalawang na asero na fins para sa highly corrosive na kapaligiran. Mga diskarte sa paggawa: tuloy-tuloy na pagbubuo ng roll para sa plain at wavy fins, stamping para sa louvers, at brazing o mechanical bonding sa tubes. Disenyo para sa kadalian ng paglilinis (mas kaunting masikip na louver kung saan inaasahan ang paglo-load ng particulate).

Pinakamahuhusay na kagawian, pagsubok, at pagpapanatili

Sundin ang mga hakbang na ito upang matiyak ang pagganap ng condenser na maaasahan sa field:

• Prototype na pagsubok: bumuo ng isang kinatawan ng coil segment at sukatin ang h at ΔP sa isang wind-tunnel o test rig bago gumawa ng buong produksyon.
• Account para sa fouling: tukuyin ang madaling linisin na fin geometries at magbigay ng access sa serbisyo para sa pana-panahong paglilinis ng coil.
• Isama ang mga instrumentation port: temperature probe at pressure tap para mapatunayan ang pagkakapareho ng pamamahagi ng nagpapalamig at daloy ng hangin.
• I-optimize ang fin pitch para sa lokal na klima: mas mahigpit na pitch para sa malinis, tuyo na klima; mas malawak para sa maalikabok, mahalumigmig na mga kondisyon.

Talahanayan ng paghahambing: karaniwang mga uri ng palikpik at kung kailan gagamitin ang mga ito

Buod at naaaksyunan na checklist

• Magsimula sa kinakailangang pagtanggi sa init at kalkulahin ang kinakailangang epektibong lugar gamit ang Q = U·A·ΔT.
• Pumili ng fin geometry upang maabot ang isang target na enhancement factor habang pinapanatiling katanggap-tanggap ang pagbaba ng presyon para sa badyet ng fan/fan-power.
• Idisenyo ang mga header at circuit upang matiyak ang pare-parehong pamamahagi ng nagpapalamig sa parallel-flow condenser.
• Prototype at subukan ang isang kinatawan na seksyon ng coil para sa pagganap at pagiging sensitibo sa fouling bago ang buong produksyon.
• Isama ang fouling margin (10–25%) at serviceability sa panghuling detalye.