Échangeur de chaleur sans aileron

Échangeur de chaleur sans aileron

L'échangeur de chaleur à nageoires et tubes est l'échangeur de chaleur le plus utilisé dans l'industrie de la réfrigération et de la climatisation.Les tubes en cuivre et les ailerons en aluminium sont les principaux composants des échangeurs de chaleur à aileronsIl est généralement admis que la principale résistance thermique des échangeurs de chaleur à tubes à nageoires est du côté de l'air,Donc, comment concevoir des ailerons plus efficaces a toujours été la priorité absolue de la recherche sur les échangeurs de chaleur à tubes à aileronsL'industrie a développé des surfaces renforcées telles que des feuilles ondulées, des ponts, des ouvertures de fenêtres et diverses nageoires avec générateurs de vortex.

Vous avez besoin d'un devis?commercial@bestfintube.com Vous pouvez nous contacter

L'une des directions de développement des tuyaux en cuivre est de réduire le diamètre, et des tuyaux de 5 mm ont été appliqués.le rôle dominant des nageoires dans le transfert de chaleur est affaibli, même sans nageoires, ce qui donne lieu à un échangeur de chaleur à tube nu micro, ou échangeur de chaleur sans nageoires.

Une étude de l'Université du Maryland [1] montre que lorsque le diamètre du tube est inférieur à 1 mm, l'échangeur de chaleur sans aileron peut atteindre la même compacité que l'échangeur de chaleur à aileron,et plus le diamètre du tube est petitComme le montre la figure 1, l'abscisse est le diamètre du tube,et l'ordinate est la surface d'échange thermique par unité de volume (généralement utilisée pour mesurer la compacité de l'échangeur de chaleur)Pour les diamètres de tubes conventionnels, les échangeurs de chaleur à nageoires sont plus de 20 fois plus compacts que les échangeurs de chaleur sans nageoires.l'échangeur de chaleur à nageoires est seulement environ deux fois plus compact que l'échangeur de chaleur sans nageoiresSi le diamètre du tube est encore réduit, la compacité de l'échangeur de chaleur sans nageoires sera proche de celle de l'échangeur de chaleur à nageoires.la surface d'échange thermique de l'échangeur de chaleur sans nageoires n'est pas très différente de la surface d'échange thermique du type à nageoires dans le même volume, et le rôle de la nageoire en tant que "surface étendue" n'existe plus.

Je vous en prie.1Variation de la compacité de l'échangeur de chaleur avec le diamètre du tuyau (Source: Ref. [1])

La figure 2 montre une comparaison des coefficients de transfert de chaleur avec et sans aileron, où l'abscisse est le coût du transfert de chaleur - la consommation d'énergie répartie sur la zone d'échange thermique unitaire.On peut voir qu'il y a une intersection entre les deux courbesSur le côté droit de cette intersection, le coefficient de transfert de chaleur du type sans ailes est supérieur à celui du type à nageoires lorsque le coût de transfert de chaleur est le même.

Fig.2 Comparaison des coefficients de transfert de chaleur entre les types à nageoires et les types sans nageoires (Source: Ref. [1])

Comme vous pouvez l'imaginer, un autre avantage de ce type d'échangeur de chaleur à tube microfluorescent est qu'il a une charge de réfrigérant significativement inférieure.Des chercheurs de l'Université du Zhejiang [2] ont utilisé un échangeur de chaleur de tube à faible luminosité similaire pour le climatiseur ménager R290.L'échangeur de chaleur à tube microfluorescent qu'ils ont conçu est structurellement similaire à un échangeur de chaleur à flux parallèle.comme indiqué à la figure 3Le tube d'échangeur de chaleur est un tube en acier inoxydable d'un diamètre extérieur de 0,58 mm. Le produit réel est illustré à la figure 4.

Je vous en prie.3Diagramme schématique de l'échangeur de chaleur par tube à faible luminosité (source: Réf. [2])

Je vous en prie.4Condensateur (à gauche) et évaporateur (à droite) utilisant un échangeur de chaleur à faible luminosité (Source: Ref. [2])

Des chercheurs de l'Université du Maryland ont également développé un échangeur de chaleur à tube nu bifurqué basé sur la théorie de la géométrie fractale [3], dont le schéma schématique est présenté sur la figure 5.Les résultats de la simulation numérique montrent que lorsque le diamètre extérieur du tuyau est de 00,8 mm, the air side heat transfer coefficient of the bifurcated light tube heat exchanger is 15% higher and the pressure drop is reduced by 4-12% compared with the straight tube microfluorescent tube heat exchangerIls ont également utilisé l'impression 3D pour fabriquer un objet physique (voir la figure 6) pour les tests.

Je vous en prie.5Diagramme schématique de l'échangeur de chaleur à tubes fluorescents bifurqués (Source: Ref. [3])

Je vous en prie.6. échantillon d'impression 3D d'échangeur de chaleur à tube fluorescent bifurqué (Source: Ref. [3])

Il convient de souligner qu'en dépit des avantages susmentionnés des échangeurs de chaleur à tubes microfluorescents, les inconvénients sont également évidents.(1) le nombre de tubes dans l'échangeur de chaleur à faible luminosité est très grand, et lorsqu'il est utilisé comme évaporateur, le réfrigérant biphasé se répartit facilement de manière inégale; (2) Comment traiter les tubes microfluorescents à l'aide des méthodes traditionnelles; (3) Lorsque la longueur du tube est longue,comment s'assurer que le tube microfluorescent ne se plie ni ne se déformeEn général, l'échangeur de chaleur par tube microfluorescent en est encore à ses débuts et les avantages et les inconvénients dépendent de la découverte ultérieure des praticiens.

Références

[1] Bacellar, D., V. Aute, Z. Huang et R. Radermacher (2017)."Optimisation de la conception et validation d'échangeurs de chaleur hautes performances par optimisation assistée par approximation et fabrication additive." Science et technologie pour l'environnement bâti 23(6): 896-911.

[2] Zhou, W. et Z. Gan (2019). " Une approche potentielle pour réduire la charge R290 dans les climatiseurs et les pompes à chaleur. " International Journal of Refrigeration 101: 47-55.

[3] Huang, Z., J. Ling, Y. Hwang, V. Aute et R. Radermacher (2017). "Etude paramétrique numérique et de conception d'un échangeur de chaleur compact refroidi à l'air." Science et technologie pour l' environnement bâti 23(6)970 à 982.