ความสูงของครีบมีผลต่อการถ่ายเทความร้อนของหลอดครีบสแตนเลสเลเซอร์อย่างไร?

ในฐานะซัพพลายเออร์ของหลอดครีบสแตนเลสเชื่อมด้วยเลเซอร์ฉันได้เห็นบทบาทที่สำคัญโดยตรงส่วนประกอบเหล่านี้เล่นในแอพพลิเคชั่นการถ่ายเทความร้อนในอุตสาหกรรมต่างๆ หนึ่งในปัจจัยสำคัญที่มีผลต่อประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนของหลอดเหล่านี้อย่างมีนัยสำคัญคือความสูงของครีบ ในบล็อกนี้ฉันจะเจาะลึกถึงความสูงของครีบที่มีผลต่อการถ่ายเทความร้อนของหลอดครีบสแตนเลสเชื่อมด้วยเลเซอร์

ทำความเข้าใจกับท่อครีบสเตนเลสเชื่อมด้วยเลเซอร์

ก่อนที่เราจะหารือเกี่ยวกับผลกระทบของความสูงของครีบเราจะเข้าใจสั้น ๆ ว่าหลอดไฟครีบสตีลเลเซอร์เป็นเรื่องสั้น ๆ หลอดเหล่านี้ทำโดยครีบเชื่อมลงบนท่อสแตนเลส - ท่อเหล็กโดยใช้เทคโนโลยีเลเซอร์ การเชื่อมด้วยเลเซอร์มีข้อดีหลายประการเช่นความแม่นยำสูงพันธะที่แข็งแกร่งระหว่างครีบและหลอดและการบิดเบือนน้อยที่สุด ครีบเพิ่มพื้นที่ผิวของหลอดซึ่งจะช่วยเพิ่มอัตราการถ่ายเทความร้อน

มีท่อครีบชนิดต่าง ๆ ในตลาดรวมถึงหลอด L-finned-ท่อ HH-finned, และท่อครีบตามยาว- แต่ละประเภทมีลักษณะและแอปพลิเคชันที่เป็นเอกลักษณ์ของตัวเอง แต่พวกเขาทั้งหมดพึ่งพาหลักการของพื้นที่ผิวที่เพิ่มขึ้นสำหรับการถ่ายโอนความร้อนที่ดีขึ้น

พื้นฐานของการถ่ายเทความร้อนในหลอดครีบ

การถ่ายเทความร้อนในหลอดครีบเกิดขึ้นผ่านสามกลไกหลัก: การนำการพาความร้อนและการแผ่รังสี การนำคือการถ่ายโอนความร้อนผ่านวัสดุที่เป็นของแข็งของหลอดและครีบ การพาความร้อนคือการถ่ายโอนความร้อนระหว่างของเหลว (ก๊าซหรือของเหลว) ที่ไหลผ่านครีบและพื้นผิวครีบ รังสีคือการถ่ายโอนความร้อนผ่านคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

อัตราการถ่ายเทความร้อนโดยรวม (q) สามารถคำนวณได้โดยใช้สมการต่อไปนี้:

[q = u \ times a \ times \ delta t]

โดยที่ (U) คือค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนโดยรวม (a) คือพื้นที่ผิวการถ่ายเทความร้อนทั้งหมดและ (\ delta t) คือความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างของเหลวร้อนและเย็น

ครีบเพิ่มมูลค่าของ (a) ซึ่งส่งผลโดยตรงต่ออัตราการถ่ายเทความร้อน อย่างไรก็ตามความสูงของครีบยังมีผลกระทบต่อค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนโดยรวม (U)

ผลกระทบของความสูงของครีบต่อพื้นที่ผิว

ผลที่ชัดเจนที่สุดของการเพิ่มความสูงของครีบคือการเพิ่มขึ้นของพื้นที่ผิวรวมของท่อครีบ พื้นที่ผิวของครีบสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตรสำหรับพื้นที่ผิวด้านข้างของปริซึมสี่เหลี่ยม (สมมติว่าครีบมีส่วนข้ามรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า) ถ้าครีบมีความยาว (l), ความกว้าง (w) และความสูง (h) พื้นที่ผิวของด้านหนึ่งของครีบคือ (a_ {fin} = l \ times h)

เมื่อความสูงของครีบ (h) เพิ่มขึ้นพื้นที่ผิวของครีบและทำให้พื้นที่ผิวรวมของท่อครีบเพิ่มขึ้น ตามสมการการถ่ายเทความร้อน (q = u \ times a \ times \ delta t) การเพิ่มขึ้นของ (a) นำไปสู่การเพิ่มขึ้นของอัตราการถ่ายเทความร้อน (q) สมมติว่า (u) และ (\ delta t) คงที่

อย่างไรก็ตามเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องทราบว่าการเพิ่มความสูงของครีบไม่ได้ส่งผลให้การถ่ายเทความร้อนเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนเสมอไป มีปัจจัยอื่น ๆ ในการเล่นเช่นประสิทธิภาพของครีบ

ประสิทธิภาพครีบและความสูงของครีบ

ประสิทธิภาพของครีบ ((\ eta_f)) เป็นการวัดว่าครีบถ่ายเทความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ มันถูกกำหนดให้เป็นอัตราส่วนของอัตราการถ่ายเทความร้อนจริงของครีบต่ออัตราการถ่ายเทความร้อนที่จะเกิดขึ้นหากครีบทั้งหมดอยู่ที่อุณหภูมิฐาน

เมื่อความสูงของครีบเพิ่มขึ้นความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างฐานของครีบและปลายของครีบก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน นี่เป็นเพราะความร้อนต้องเดินทางไกลผ่านครีบโดยการนำ เป็นผลให้ประสิทธิภาพของครีบลดลงเมื่อเพิ่มความสูงของครีบ

ประสิทธิภาพของครีบสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตรต่อไปนี้สำหรับครีบรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าตรง:

[\ eta_f = \ frac {\ tanh (mh)} {mh}]

โดยที่ (m = \ sqrt {\ frac {2H_ {c}} {k \ delta}}), (h_ {c}) คือค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อน (k) เป็นค่าการนำความร้อนของวัสดุครีบ (\ delta)

เมื่อ (H) เพิ่มขึ้น (MH) เพิ่มขึ้นและ (\ tanh (MH)) เข้าใกล้ 1 แต่ในอัตราที่ช้ากว่า (MH) เพิ่มขึ้น ดังนั้น (\ eta_f) ลดลง

ประสิทธิภาพของครีบที่ต่ำกว่าหมายความว่าพื้นที่ผิวเพิ่มเติมที่ได้รับจากครีบที่สูงกว่าจะไม่ถูกใช้เป็นอย่างมีประสิทธิภาพสำหรับการถ่ายเทความร้อน ดังนั้นจึงมีความสูงของครีบที่ดีที่สุดซึ่งอัตราการถ่ายเทความร้อนจะถูกขยายให้ใหญ่สุด

ผลของความสูงของครีบต่อการไหลของของไหลและการถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อน

ความสูงของครีบยังส่งผลต่อการไหลของของไหลรอบครีบ เมื่อความสูงของครีบเพิ่มขึ้นเส้นทางการไหลของของเหลวจะซับซ้อนมากขึ้น สิ่งนี้สามารถนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของแรงดันลดลงในชุดท่อครีบ

การลดลงของแรงดันที่สูงขึ้นหมายความว่าจำเป็นต้องใช้พลังงานมากขึ้นในการปั๊มของเหลวผ่านระบบ นอกจากนี้ความซับซ้อนที่เพิ่มขึ้นของการไหลสามารถนำไปสู่การก่อตัวของโซนนิ่งหรือพื้นที่หมุนเวียนรอบครีบ ภูมิภาคเหล่านี้มีค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนที่ต่ำกว่า (H_ {C}) ซึ่งจะช่วยลดค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนโดยรวม (U)

ในบางกรณีครีบที่สูงกว่าสามารถเพิ่มความปั่นป่วนของการไหลของของไหล การไหลแบบปั่นป่วนโดยทั่วไปมีค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนที่สูงกว่าการไหลแบบราบเรียบ ดังนั้นจึงมีความสมดุลระหว่างผลกระทบเชิงบวกของความปั่นป่วนที่เพิ่มขึ้นและผลกระทบเชิงลบของการลดลงของแรงดันที่เพิ่มขึ้นและความเมื่อยล้าของการไหล

ค้นหาความสูงของครีบที่ดีที่สุด

ในการค้นหาความสูงของครีบที่ดีที่สุดสำหรับแอปพลิเคชันที่เฉพาะเจาะจงต้องมีการพิจารณาปัจจัยหลายอย่างรวมถึงประเภทของของเหลวอัตราการไหลความแตกต่างของอุณหภูมิและคุณสมบัติของวัสดุของหลอดและครีบ

การศึกษาเชิงทดลองและการจำลองเชิงตัวเลขมักใช้เพื่อกำหนดความสูงของครีบที่ดีที่สุด ในการศึกษาเชิงทดลองหลอดครีบที่แตกต่างกันที่มีความสูงของครีบที่แตกต่างกันจะถูกทดสอบในสภาพแวดล้อมที่ควบคุมและวัดอัตราการถ่ายเทความร้อนและการลดลงของแรงดัน การจำลองเชิงตัวเลขเช่นการเปลี่ยนแปลงของของเหลวในการคำนวณ (CFD) สามารถให้ข้อมูลโดยละเอียดเกี่ยวกับการไหลของของไหลและการถ่ายเทความร้อนภายในและรอบ ๆ หลอดครีบ

โดยทั่วไปสำหรับการใช้งานที่ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนไหลเวียนอยู่ในระดับต่ำ (เช่นก๊าซ - การถ่ายเทความร้อนด้านข้าง) ครีบที่สูงขึ้นอาจมีประโยชน์มากขึ้นเนื่องจากสามารถเพิ่มพื้นที่ผิวได้อย่างมีนัยสำคัญ สำหรับการใช้งานที่มีค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนสูง (เช่นการถ่ายเทความร้อนของเหลว - ด้านข้าง) ครีบที่สั้นกว่าอาจเหมาะสมกว่าเพื่อรักษาประสิทธิภาพของครีบสูง

บทสรุป

โดยสรุปความสูงของครีบมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อการถ่ายเทความร้อนของหลอดครีบสแตนเลสเลเซอร์ ในขณะที่การเพิ่มความสูงของครีบจะเพิ่มพื้นที่ผิวและอาจเป็นอัตราการถ่ายเทความร้อน แต่ก็มีผลต่อประสิทธิภาพของครีบการไหลของของไหลและความดันลดลง มีความสูงของครีบที่ดีที่สุดซึ่งอัตราการถ่ายเทความร้อนได้รับการขยายสูงสุดและความสูงที่ดีที่สุดนี้ขึ้นอยู่กับปัจจัยต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกับการใช้งานเฉพาะ

ในฐานะซัพพลายเออร์ของหลอดครีบสแตนเลสเชื่อมด้วยเลเซอร์เราเข้าใจถึงความสำคัญของการค้นหาความสูงของครีบที่เหมาะสมสำหรับความต้องการของลูกค้าของเรา เรามีทีมงานผู้เชี่ยวชาญที่สามารถช่วยคุณเลือกการออกแบบท่อครีบที่เหมาะสมที่สุดตามข้อกำหนดการถ่ายเทความร้อนของคุณ หากคุณสนใจที่จะเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับผลิตภัณฑ์ของเราหรือพูดคุยเกี่ยวกับแอปพลิเคชันการถ่ายเทความร้อนเฉพาะของคุณโปรดติดต่อเราสำหรับการอภิปรายการจัดซื้อจัดจ้าง เรามุ่งมั่นที่จะจัดหาหลอดครีบที่มีคุณภาพสูงซึ่งตรงกับความต้องการการถ่ายเทความร้อนของคุณอย่างมีประสิทธิภาพและมีประสิทธิภาพ

การอ้างอิง

1. Incropera, FP, & Dewitt, DP (2002) พื้นฐานของความร้อนและการถ่ายโอนมวล John Wiley & Sons
2. Bergman, TL, LaVine, AS, Incropera, FP, & Dewitt, DP (2011) รู้เบื้องต้นเกี่ยวกับการถ่ายเทความร้อน John Wiley & Sons