Оптимизиране на плочестите модели за морски топлообмен

Подкрепен от производствена работилница с площ 5 000 м² в Нантонг и повече от 100 електроинженери и механици, SME Group обслужва океанската и морската инженерна индустрия вече над 20 години и продължава да предоставя висококачествени и актуални услуги в тази област; изпълняваме повече от 500 проекти годишно и доставяме оборудване за повече от 1 000 кораба годишно. Този блог ще разгледа оптималния модел на плочи за плочестите топлообменници, които представляват сърцето на морските системи, и ще обясни как тези оптимални модели осигуряват термична и икономическа ефективност чрез по-добро разбиране на контрола върху флуидното триене и топлинния поток в нашите системи за охлаждане, отопление и рекуперация на топлината от отпадъчното топло.

Ъгъл на вълнообразния модел и неговият компромис между топлопреминаването и падането на налягането

Най-важният геометричен параметър при проектирането на PHE е ъгълът на чевроните (или ъгълът на рибена кост). Както винаги, колкото по-голям е ъгълът на чевроните (напр. 60° до 75°), толкова по-голяма е турбулентността и съответно по-висок е коефициентът на топлопреминаване, но същевременно настъпва значително увеличение на хидравличната загуба на налягане и необходимата мощност за помпене. От друга страна, по-малките ъгли (30°–45°) създават по-ниско хидравлично съпротивление, но имат по-ниска топлинна ефективност. При използване на вискозни течности като смазъчно масло в морски приложения SME обикновено не използва единична плоча. Досегашният обхват от приложения на SME включва използването на комбинирани плочни конструкции – например с по-голям ъгъл за водния поток и по-малък ъгъл за масления поток или подобни комбинирани плочи, за да се постигне приемлива топлинна ефективност без значителни загуби на налягане. Тази хибридна конструкция представлява цялостно термохидравлично оптимално решение, което е важно за проектите на модернизация и ново строителство, в които SME участва.

Дълбочина на гофрите, разстояние между гофрите и аспектно съотношение

Освен ъгъла, дълбочината на гофрите (h), разстоянието между гофрите (P) и аспектното съотношение (2b/λ) оказват пряко влияние върху ефективността. Колкото по-дълбоки са гофрите, толкова по-голяма е повърхността за топлообмен и толкова по-силно се отделят потоците, което позволява подобряване на топлообмена в локалната област чрез вторично смесване. В същото време те увеличават коефициента на триене, което води до по-високо падане на налягането. Изследвания, базирани на метода на Тагучи за морски газови нагреватели, са установили оптимални взаимовръзки – например при диаметър на гофрите 6 mm, дълбочина на гофрите 1 mm и наклон на гофрите 45° е отбелязано подобряване на комплексния показател за ефективност (TP) с 37,41 % спрямо конвенционалния дизайн. Тези базирани на данни методи за оптимизация се използват в SME за определяне на геометрията на плочите според специфичните експлоатационни условия на съда, за да не се жертва топлинната ефективност поради излишни разходи за помпене.

Асиметрични и модифицирани шарки за променливи изисквания към потока

Гореща страна на потока В морската система процесът на горещата страна на потока може да използва факта, че масовият поток може значително да се различава от този на други системи; например, скоростта на потока през отоплителната вода може да достигне няколко пъти скоростта на потока през крана в жилищните помещения. Когато това се извърши симетрично по всички канали за поток, резултатът е общо увеличение на загубата на налягане във веригата с висок поток, но без промени в механичната якост или термичната ефективност. Неравномерни плочи за канали за поток – една с увеличена напречна площ, при която един канал има намалена дълбочина на пресоване или вариращи ребра в един от тези канали, ще има намалена загуба на налягане в този по-голям канал, доколкото позволяват механичните ограничения, и ще осигурява добра способност за пренос на топлина. Освен това, последни проучвания са постигнали по-висока термохидравлична производителност при плочи с чевронен модел (с ъгъл >1° в отделени херингбонови плочи), при които ефектът от подобряване на турбулентността надвишава съпротивлението на потока. Тази много напреднала оптимизация се оценява от инженерите на SME за кораби със значително различни експлоатационни сценарии, а предложените стойностни решения ще позволят на собствениците на кораби да намалят енергийното потребление.

Релефни и новаторски геометрии на повърхността

Изследвания от последните години са проучвали възможността за замяна на традиционните шахматни (херингбон) модели с релефни (вълнообразни) плочи с кръгли изпъкнали елементи. Чрез числено оптимизиране с метода на повърхността на отговора са установени оптимални параметри (диаметър на вълнообразния елемент около 5,2 мм, дълбочина 0,9 мм и наклон 42°), които осигуряват максимална производителност (фактор JF) с 11,92 % по-висока от тази при конвенционалните херингбон конструкции. При този новаторски дизайн геометриите са проектирани така, че да насърчават турбулентността и топлинната гранична пластинка, без да надвишават допустимото падане на налягането. SME продължава да следи внимателно такива нови разработки и прилага проверени иновации там, където те са уместни за модернизация и ново строителство, за да помогне на клиентите да останат в съответствие с най-новите стандарти за ефективност и емисии.

Заключение: Прецизно проектиране на плочи за морска ефективност

Оптимизирането на моделите на плочите не е стандартна операционна процедура и изисква подробно проучване на флуидните свойства, масовите разходи, допустимите загуби на налягане и топлинната мощност. SME Group е сертифицирана според ISO 9001/14001/45001 и предоставя повече от два десетилетия опит в областта на морската топлопредаване за всеки проект. Нашата локална мрежа гарантира бърз отговор в корабостроителниците по целия свят, особено в континентален Китай, което позволява на вашите топлообменници да работят с максимална ефективност. SME ви предлага 12-месечен гаранционен срок и стремеж да направи повече от това, което се изисква – стремеж да ви спести още повече енергия благодарение на подкрепата си за оптимизиране на моделите на плочите, което води до измерими икономии на енергия. Обадете се днес на нашите технически експерти, за да обсъдите специфичните изисквания за отопление на вашето плавателно средство.