Оптимізація пластинчастих конфігурацій для морського теплопереносу

Підтримується виробничим цехом площею 5 000 м² у Нантоні та більш ніж 100 інженерами-електриками й механіками. Група SME надає послуги офшорній та морській інженерній галузі понад 20 років і досі забезпечує високоякісне й сучасне обслуговування в цій галузі. Щороку ми виконуємо понад 500 завдань і постачаємо понад 1 000 суден. У цьому блозі обговорюється оптимальна конфігурація пластиної поверхні для пластинчатого теплообмінника, який є основним елементом морської системи, а також те, як ці оптимальні конфігурації забезпечують теплову й економічну ефективність завдяки кращому розумінню контролю гідравлічного опору й теплового потоку в наших системах охолодження, нагрівання та утилізації тепла.

Кут шеврону та його компроміс між теплопередачею й гідравлічним опором

Найважливішим геометричним параметром у проектуванні ПТП є кут «риб’ячої кістки» (або кут «єлочки»). Як завжди, чим більший цей кут (наприклад, 60°–75°), тим більше турбулентності створюється й тим вищий коефіцієнт теплопередачі, але водночас суттєво зростає перепад тиску й потужність насоса. З іншого боку, менші кути (30°–45°) створюють менший опір, але мають нижчу теплову ефективність. Коли у морських застосуваннях використовують в’язкі рідини, такі як мастильні оливи, СМЕ зазвичай не застосовує одну-єдину пластину. Дотепер діапазон застосувань СМЕ може включати комбіновані пластинні конструкції: з великим кутом проходження води й меншим кутом для масляного шляху або аналогічні комбінації пластин, щоб досягти прийнятної теплової ефективності без надмірних втрат тиску. Такий гібридний дизайн є загалом оптимальним теплогідравлічним рішенням, що має важливе значення для проектів модернізації та будівництва нових об’єктів, у яких бере участь СМЕ.

Глибина, крок та співвідношення сторін гофрування

Крім кута, глибина гофрування (h), крок (P) та співвідношення сторін (2b/λ) безпосередньо впливають на ефективність. Чим глибше гофрування, тим більша поверхня теплопередачі й тим сильніше відокремлюються потоки, що призводить до підвищення кількості теплопередачі в локальній зоні за рахунок вторинного змішування. Однак це також збільшує коефіцієнт тертя й призводить до більшого перепаду тиску. Дослідження, засновані на методі Тагучі для морських газових нагрівачів, встановили оптимальне співвідношення: наприклад, діаметр гофрування — 6 мм, глибина гофрування — 1 мм, кут нахилу гофрування — 45°, що забезпечило покращення комплексного показника ефективності (TP) на 37,41 % порівняно з традиційним проектуванням. Ці засновані на даних методи оптимізації використовуються в SME для визначення геометрії пластин під конкретні експлуатаційні умови судна, щоб не втрачати переваги у тепловій ефективності через надмірні витрати на перекачування.

Асиметричні та модифіковані малюнки для змінних вимог щодо потоку

Потік з гарячого боку У морській системі процес потоку з гарячого боку може скористатися тим, що його масовий потік може значно відрізнятися від потоків у інших системах; наприклад, швидкість потоку через нагріве води може бути в кілька разів більшою за швидкість потоку через кран у житлових приміщеннях. Якщо це зроблено симетрично для всіх каналів потоку, загальний перепад тиску в контурі з високим потоком зростає, але механічна міцність та теплова ефективність залишаються незмінними. Пластини каналів неоднорідного потоку — одна зі збільшеною поперечиною площею в одному каналі має зменшену глибину пресування або різноманітні ребра в одному з таких каналів — забезпечують зниження втрат тиску в цьому більшому каналі настільки, наскільки дозволяють механічні обмеження, і мають добру здатність до теплопередачі. Крім того, останні дослідження досягли вищої термо-гідравлічної продуктивності в пластинках типу «шеврон» (>1 у окремих пластинках з «риб’ячим скелетом»), де ефект підвищення турбулентності перевищує зростання опору потоку. Цю дуже передову оптимізацію оцінюють інженери SME для суден із дуже різними сценаріями експлуатації, а запропоновані цінні рішення дозволять судновласникам знизити споживання енергії.

Рельєфна та інноваційна геометрія поверхні

Дослідження останніх років вивчали можливість заміни традиційних «єлових» малюнків на пластинах з вдавленнями (хвилястими точками) та круглими опуклими пластинами. За допомогою чисельної оптимізації з використанням методу поверхні відгуку було визначено оптимальні параметри (діаметр хвилястої точки приблизно 5,2 мм, глибина 0,9 мм та кут нахилу 42°), що забезпечують максимальну ефективність (коефіцієнт JF) на 11,92 % вищу, ніж у звичайних «єлових» конструкцій. У цій інноваційній конструкції геометрія спроектована так, щоб сприяти турбулентності й формуванню теплового пограничного шару, зберігаючи при цьому прийнятний перепад тиску. SME й надалі уважно стежить за такими новими розробками та застосовує перевірені інновації там, де це доречно, у рішеннях для модернізації та будівництва нових суден, щоб допомогти клієнтам дотримуватися найновіших стандартів ефективності та емісій.

Висновок: точне проектування пластин для підвищення ефективності морських систем

Оптимізація малюнків пластин не є стандартною експлуатаційною процедурою й вимагає детального дослідження властивостей рідини, витрати потоку, допустимих втрат тиску та теплового навантаження. SME Group сертифікована за стандартами ISO 9001/14001/45001 і надає понад двадцять років досвіду у сфері морського теплового обміну для кожного проекту. Наша місцева мережа забезпечує швидку реакцію на верфях по всьому світу, зокрема в материковому Китаї, що дозволяє вашим теплообмінникам працювати з максимальною ефективністю. SME надає вам гарантію тривалістю 12 місяців і бажання робити більше, ніж просто задовольняти та перевищувати ваші очікування — бажання заощадити ще більше енергії завдяки оптимізації малюнків пластин для вимірюваних енергозбережень. Зверніться до наших технічних експертів уже сьогодні, щоб обговорити конкретні вимоги до опалення вашого судна.