حاسبة سعة مبادل حراري صفحي

مبادل حراري لوحي هو جهاز مصمم لنقل الحرارة بين سائلين بدرجات حرارة مختلفة دون اختلاطها. يتكون من ألواح مجعدة معبأة معًا، لتشكيل مسار لكل سائل يتدفق خلاله. يحدد معامل انتقال الحرارة، ومساحة سطح الألواح، وفرق درجة الحرارة بين السائلين، والذي يتم تلخيصه بمتوسط فرق درجة الحرارة اللوغاريتمي (LMTD)، كفاءة وسعة مبادل الحرارة اللوحي.

الخلفية التاريخية

كانت مبادلات الحرارة اللوحية محورية في الصناعات التي تتطلب حلولًا فعالة لإدارة الحرارة. لقد سمح تطويرها بتحسينات كبيرة في توفير الطاقة وكفاءة العمليات، وتكيفت مع مرور الوقت لتلبية الاحتياجات المتزايدة للعديد من القطاعات، بما في ذلك معالجة المواد الكيميائية، وتوليد الطاقة، وأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء.

صيغة الحساب

تُحسب سعة مبادل الحرارة اللوحي (C)، المقاسة بوحدة وحدة حرارية بريطانية في الساعة (BTU/hr)، على النحو التالي:

\[ C = k \times A \times \text{LMTD} \]

حيث:

• \(C\) هي سعة مبادل الحرارة اللوحي بوحدة BTU/hr،
• \(k\) هو معامل انتقال الحرارة بوحدة BTU/ft\(^2\)*h*F،
• \(A\) هي مساحة سطح اللوح بوحدة ft\(^2\)،
• \(\text{LMTD}\) هو متوسط فرق درجة الحرارة اللوغاريتمي بوحدة F.

مثال على الحساب

معطيات:

• معامل انتقال الحرارة (\(k\)) = 12.56 BTU/ft\(^2\)*h*F،
• مساحة اللوح (\(A\)) = 10 ft\(^2\)،
• متوسط فرق درجة الحرارة اللوغاريتمي (\(\text{LMTD}\)) = 50 F،

باستخدام الصيغة:

\[ C = 12.56 \times 10 \times 50 = 6,280 \text{ BTU/hr} \]

يشير هذا الحساب إلى أن مبادل الحرارة يمكنه نقل 6280 وحدة حرارية بريطانية من الحرارة في الساعة في ظل هذه الظروف.

أهمية وسيناريوهات الاستخدام

يُعد فهم سعة مبادل الحرارة اللوحي أمرًا بالغ الأهمية لتصميم أنظمة حرارية فعالة. فهو يساعد في تحديد حجم مبادل الحرارة لتطبيقات محددة، وضمان قدرته على التعامل مع الحمل الحراري المطلوب دون استهلاك طاقة مفرط. هذا المقياس ضروري في الصناعات التي تعد فيها إدارة الحرارة أمرًا بالغ الأهمية للحفاظ على سلامة العملية، وجودة المنتج، أو السلامة التشغيلية.

الأسئلة الشائعة

1. كيف تؤثر مساحة سطح اللوح على السعة؟

   • كلما زادت مساحة السطح، زادت القدرة على نقل الحرارة، حيث توجد مساحة أكبر لتبادل الحرارة.

2. لماذا يُعد متوسط فرق درجة الحرارة اللوغاريتمي (LMTD) مهمًا لحساب السعة؟

   • يوفر متوسط فرق درجة الحرارة اللوغاريتمي مقياسًا للقوة الدافعة لنقل الحرارة، ويمثل متوسط فرق درجة الحرارة بين السوائل الساخنة والباردة على طول مبادل الحرارة.

3. هل يمكن أن يختلف معامل انتقال الحرارة؟

   • نعم، يعتمد ذلك على خصائص السائل، ومعدل التدفق، وتصميم اللوح. إنه عامل حاسم في تصميم واختيار مبادل الحرارة.

4. ماذا تشير السعة الأعلى؟

   • تشير السعة الأعلى إلى مبادل حرارة أكثر كفاءة يمكنه التعامل مع حمل حراري أكبر، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات الأكثر تطلبًا.