- Tham gia
- 12/7/23
- Bài viết
- 45
- Thích
- 0
- Điểm
- 6
Trong thế giới công nghiệp hiện đại, nơi mà năng lượng và hiệu suất vận hành là yếu tố then chốt, thiết bị trao đổi nhiệt (heat exchanger) đóng một vai trò tối quan trọng. Đây là thiết bị trung gian giúp chuyển nhiệt từ dòng môi chất này sang dòng môi chất khác mà không xảy ra sự pha trộn giữa hai dòng.
Bài viết này của Thiết bị trao đổi nhiệt VN | Gia công theo yêu cầu | Avil sẽ giúp bạn hiểu sâu hơn về nguyên lý hoạt động, cơ chế truyền nhiệt, cấu tạo dòng chảy và các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả truyền nhiệt – một nền tảng kiến thức không thể thiếu nếu bạn đang tìm hiểu để lựa chọn hoặc đầu tư thiết bị phù hợp.
1. Mục Tiêu Của Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt
Mục tiêu chính của bộ trao đổi nhiệt là chuyển nhiệt năng từ một dòng môi chất (chất lỏng hoặc khí) có nhiệt độ cao sang dòng môi chất khác có nhiệt độ thấp hơn, nhằm:
Ba phương thức truyền nhiệt chủ yếu được kết hợp bao gồm:
2.1. Dẫn nhiệt (Conduction)
Nhiệt năng truyền qua vật liệu kim loại ngăn cách hai dòng môi chất, ví dụ như qua thành ống thép không gỉ, đồng hoặc titan. Dẫn nhiệt phụ thuộc vào:
Là quá trình truyền nhiệt giữa bề mặt rắn và môi chất lưu động (nước, khí, dầu,…). Đây là cơ chế chính trong cả hai phía nóng và lạnh. Đối lưu có thể là:
Chỉ đóng vai trò phụ trong điều kiện nhiệt độ cực cao (lò hơi, lò phản ứng), không phổ biến trong các thiết bị dân dụng hoặc công nghiệp thông thường.
3. Cấu Trúc Dòng Chảy Trong Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt
Cách sắp xếp dòng chảy trong thiết bị ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất truyền nhiệt. Có 3 dạng chính:
3.1. Dòng chảy ngược chiều (Counterflow)
Dù Bộ trao đổi nhiệt Heat exchanger có nhiều kiểu dáng và công năng khác nhau, nguyên lý hoạt động chung như sau:
Bước 1: Dẫn dòng môi chất nóng và lạnh vào thiết bị
5. Một Số Loại Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt Phổ Biến và Cách Chúng Hoạt Động
5.1. Thiết bị ống lồng ống (Tube-in-tube)
Ví dụ 1: Hệ thống nước nóng sử dụng năng lượng mặt trời
Việc hiểu đúng về nguyên lý này giúp người dùng:
Bài viết này của Thiết bị trao đổi nhiệt VN | Gia công theo yêu cầu | Avil sẽ giúp bạn hiểu sâu hơn về nguyên lý hoạt động, cơ chế truyền nhiệt, cấu tạo dòng chảy và các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả truyền nhiệt – một nền tảng kiến thức không thể thiếu nếu bạn đang tìm hiểu để lựa chọn hoặc đầu tư thiết bị phù hợp.
Mục tiêu chính của bộ trao đổi nhiệt là chuyển nhiệt năng từ một dòng môi chất (chất lỏng hoặc khí) có nhiệt độ cao sang dòng môi chất khác có nhiệt độ thấp hơn, nhằm:
- Làm nóng hoặc làm lạnh một chất lỏng/khí,
- Thu hồi nhiệt thải để tái sử dụng,
- Giảm tổn thất năng lượng và nâng cao hiệu suất hệ thống.
Ba phương thức truyền nhiệt chủ yếu được kết hợp bao gồm:
Nhiệt năng truyền qua vật liệu kim loại ngăn cách hai dòng môi chất, ví dụ như qua thành ống thép không gỉ, đồng hoặc titan. Dẫn nhiệt phụ thuộc vào:
- Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu (λ),
- Chiều dày vật liệu và diện tích truyền nhiệt.
Là quá trình truyền nhiệt giữa bề mặt rắn và môi chất lưu động (nước, khí, dầu,…). Đây là cơ chế chính trong cả hai phía nóng và lạnh. Đối lưu có thể là:
- Tự nhiên (nhiệt độ gây ra chuyển động dòng chảy),
- Cưỡng bức (do bơm hoặc quạt tạo dòng).
Chỉ đóng vai trò phụ trong điều kiện nhiệt độ cực cao (lò hơi, lò phản ứng), không phổ biến trong các thiết bị dân dụng hoặc công nghiệp thông thường.
3. Cấu Trúc Dòng Chảy Trong Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt
Cách sắp xếp dòng chảy trong thiết bị ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất truyền nhiệt. Có 3 dạng chính:
- Hai dòng môi chất chảy ngược hướng nhau.
- Cho hiệu suất truyền nhiệt cao nhất vì chênh lệch nhiệt độ được duy trì suốt chiều dài trao đổi.
- Hai dòng đi cùng chiều.
- Hiệu quả kém hơn do nhiệt độ giữa hai dòng dần cân bằng.
- Hai dòng cắt nhau tạo góc vuông hoặc gần vuông.
- Dùng phổ biến trong dàn ngưng, dàn bay hơi và các thiết bị dạng tấm.
Dù Bộ trao đổi nhiệt Heat exchanger có nhiều kiểu dáng và công năng khác nhau, nguyên lý hoạt động chung như sau:
- Một dòng có nhiệt độ cao được dẫn vào thiết bị để truyền nhiệt,
- Dòng còn lại có nhiệt độ thấp được dẫn vào để nhận nhiệt.
- Hai dòng môi chất không tiếp xúc trực tiếp mà được ngăn cách bằng vách kim loại.
- Nhiệt năng truyền từ dòng nóng → vách ngăn → dòng lạnh theo nguyên lý truyền nhiệt đối lưu và dẫn nhiệt.
- Sau quá trình trao đổi nhiệt, dòng chất lỏng khí nóng được làm nguội, và dòng lạnh được làm nóng lên.
5. Một Số Loại Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt Phổ Biến và Cách Chúng Hoạt Động
- Dòng chất nóng đi trong ống trong, dòng chất lạnh đi trong ống ngoài (hoặc ngược lại).
- Hiệu quả truyền nhiệt cao nhờ diện tích tiếp xúc lớn và dòng chảy xoắn ốc.
- Môi chất đi qua các khe giữa các tấm kim loại xếp xen kẽ.
- Bề mặt trao đổi lớn, dòng chảy chéo tạo ra đối lưu hiệu quả.
- Một chùm ống nhỏ đặt trong một ống lớn (vỏ). Một dòng đi trong ống, một dòng đi trong vỏ.
- Chịu áp suất cao, phù hợp công nghiệp nặng, dầu khí, hóa chất.
- Dùng cho hệ thống thông gió thu hồi nhiệt, hoặc làm mát khí nén.
- Có thể là dạng ống gió, dạng tổ ong, hoặc bánh quay.
- Chênh lệch nhiệt độ giữa hai dòng: Càng cao, truyền nhiệt càng hiệu quả.
- Tốc độ dòng chảy: Dòng nhanh giúp tăng đối lưu nhưng làm giảm thời gian tiếp xúc.
- Tính chất môi chất: Độ nhớt, nhiệt dung riêng, độ dẫn nhiệt,...
- Diện tích truyền nhiệt: Càng lớn, càng trao đổi nhiệt tốt.
- Chất liệu tấm/ngăn: Inox, đồng, nhôm,... tùy nhu cầu ăn mòn, dẫn nhiệt.
- Tình trạng bề mặt bên trong: Bám cặn, ăn mòn → giảm hiệu quả truyền nhiệt.
- Nước được làm nóng trong bình thu nhiệt.
- Nhiệt được truyền sang nước tiêu dùng qua bộ trao đổi nhiệt dạng ống lồng ống, không lẫn nước giữa hai dòng.
- Dầu nóng được bơm qua bộ trao đổi nhiệt dạng tấm.
- Nước làm mát tuần hoàn nhận nhiệt từ dầu và đi ra ngoài làm mát.
Việc hiểu đúng về nguyên lý này giúp người dùng:
- Lựa chọn thiết bị phù hợp,
- Tối ưu chi phí đầu tư,
- Giảm hao hụt nhiệt năng và tăng tuổi thọ hệ thống.
