EN
Ondersteund door een productiewerkplaats van 5.000 m² te Nantong en meer dan 100 elektrotechnische en mechanische ingenieurs heeft de SME-groep de offshore- en maritieme engineeringsector gedurende meer dan 20 jaar van dienst geweest en blijft ook vandaag nog een hoogwaardige en actuele dienstverlening bieden in deze sector. Wij voeren jaarlijks meer dan 500 projecten uit en leveren jaarlijks meer dan 1.000 schepen. Deze blog bespreekt het optimale patroonplaatontwerp voor de platenwarmtewisselaar, die het hart vormt van het maritieme systeem, en verklaart hoe deze optimale patronen hun thermische en economische efficiëntie bereiken via een beter begrip van de controle op vloeistofwrijving en warmtestroom in onze koel-, verwarmings- en afvalwarmtewisselingssystemen.
Chevronhoek en de afweging tussen warmteoverdracht en drukverlies
De belangrijkste geometrische parameter bij het ontwerp van een PHE is de chevronhoek (of haringbotshoek). Zoals altijd leidt een grotere chevronhoek (bijv. 60° tot 75°) tot meer turbulentie, waardoor de warmteoverdrachtscoëfficiënt stijgt, maar ook tot een aanzienlijke toename van de drukval en het pomppowerverbruik. Aan de andere kant zijn kleinere hoeken (30°–45°) minder weerstandsbepalend, maar leveren ze een lagere thermische prestatie op. Bij viskeuze vloeistoffen zoals smeervet in maritieme toepassingen wordt SME zelden toegepast met één enkel plaatje. Het toepassingsgebied van SME tot nu toe omvat onder meer het gebruik van gecombineerde plaatontwerpen: een hoge waterdoorgangshoek in combinatie met een lagere oliepadhoek, of vergelijkbare combinatieplaten, om een aanvaardbare thermische prestatie te bereiken zonder hoge drukverliezen. Dit hybride ontwerp vormt een algehele, thermisch-hydraulisch optimale oplossing, wat van groot belang is voor de retrofit- en nieuwbouwprojecten waar SME aan werkt.
Golfdiepte, -afstand en -verhouding
Naast de hoek hebben de golfdiepte (h), de -afstand (P) en de -verhouding (2b/λ) een direct effect op de prestaties. Hoe dieper de golven, des te groter is het warmteoverdrachtsoppervlak en des te meer wordt de stroming gestoord, waardoor de warmteoverdracht op lokale plaatsen kan worden verbeterd door secundaire menging. Tegelijkertijd verhogen ze echter ook de wrijvingsfactor, wat leidt tot een hogere drukval. Onderzoek op basis van de Taguchi-methode voor maritieme gasverwarmers heeft een optimale relatie vastgesteld, bijvoorbeeld bij een golfdiameter van 6 mm, een golfdiepte van 1 mm en een golfhellingshoek van 45°, wat een verbetering van 37,41% in de algehele prestatie-index (TP) opleverde ten opzichte van het conventionele ontwerp. Deze op gegevens gebaseerde optimalisatietechnieken worden bij SME gebruikt om de plaatgeometrie aan te geven voor vaartspecifieke bedrijfsomstandigheden, zodat thermische prestatievoordelen niet worden opgeofferd vanwege onnodig hoge pompkosten.
Asymmetrische en gewijzigde patronen voor variabele stromingsbehoeften
Stroming aan de warme zijde In het maritieme systeem kan bij het stromingsproces aan de warme zijde gebruik worden gemaakt van het feit dat de massastroom aanzienlijk kan verschillen van die in andere systemen; bijvoorbeeld kan de stroomsnelheid door de verwarmingswaterstroom tot meerdere malen hoger zijn dan de stroomsnelheid door een kraan in de accommodatie. Wanneer dit symmetrisch wordt uitgevoerd over alle stroomkanalen, leidt dit tot een algemene toename van de drukval in het hoogdebietcircuit, zonder wijzigingen in mechanische sterkte of thermische efficiëntie. Niet-uniforme stroomkanaalplaten – bijvoorbeeld één plaat met een vergroot dwarsdoorsnede-oppervlak waarbij één kanaal een verminderde persdiepte heeft of gevarieerde ribben in één van die kanalen – vertonen een verminderde persverliezen in dit grotere kanaal, zover mechanisch toegestaan, en behouden een goede warmteoverdrachtsvermogen. Bovendien hebben recente studies een hogere thermo-hydraulische prestatie bereikt met chevronplaten (β > 1 in gescheiden herringbone-platen), waarbij het effect van turbulente versterking op de stromingsweerstand overheerst. Deze zeer geavanceerde optimalisatie wordt beoordeeld door ingenieurs van KMO’s voor schepen met sterk uiteenlopende bedrijfsscenaria; de toegevoegde waarde van de voorgestelde oplossingen stelt scheepseigenaren in staat om hun energieverbruik te verminderen.
Gestructureerde en innovatieve oppervlaktegeometrieën
Onderzoeken in de afgelopen jaren hebben onderzocht of de traditionele visgraatpatronen kunnen worden vervangen door gepronkte (golfpunt-)platen met cirkelvormige convexe platen. Met behulp van numerieke optimalisatie via de responsoppervlaktemethode werden de optimale parameters gevonden (golfpuntdiameter van ongeveer 5,2 mm, diepte van 0,9 mm en helling van 42°) om een maximale prestatie (JF-factor) te bereiken die 11,92% hoger is dan bij conventionele visgraatontwerpen. Bij dit innovatieve ontwerp zijn de geometrieën zo ontworpen dat ze turbulentie en de thermische grenslaag bevorderen, terwijl ze toch een aanvaardbare drukval handhaven. SME blijft scherp opletten op dergelijke nieuwe ontwikkelingen en past bewezen innovaties toe waar relevant voor retrofit- en nieuwbouwoplossingen, om klanten te helpen voldoen aan de meest recente efficiëntie- en emissienormen.
Conclusie: Precisieplaatontwerp voor maritieme efficiëntie
De optimalisatie van de plaatpatronen is geen standaardwerkwijze en vereist een gedetailleerde studie van de vloeistofeigenschappen, debieten, toegestane drukverliezen en thermische belasting. SME Group is gecertificeerd volgens ISO 9001/14001/45001 en biedt meer dan twintig jaar ervaring op het gebied van warmteoverdracht voor maritieme toepassingen bij elk project. Ons lokale netwerk zorgt voor snelle respons op scheepswerven over de hele wereld, met name in het vasteland van China, zodat uw warmtewisselaars optimaal presteren. SME biedt u een garantie van twaalf maanden en een sterke motivatie om niet alleen aan uw verwachtingen te voldoen of ze te overtreffen, maar ook om nog meer energie te besparen dankzij onze ondersteuning bij het optimaliseren van plaatpatronen voor meetbare energiebesparingen. Neem vandaag nog contact op met onze technische experts om de specifieke verwarmingsbehoeften van uw vaartuig te bespreken.