كيف تخفف المبادلات الحرارية الصناعية من خطر الصدمة الحرارية أو الضرر بسبب التغيرات في درجة الحرارة السريعة بين السوائل؟

المواد المستخدمة في المبادلات الحرارية الصناعية يتم اختيارهم لقدرتهم على تحمل التغيرات في درجات الحرارة السريعة دون فشل هيكلي. على سبيل المثال ، يتم استخدام المعادن عالية الأداء مثل الفولاذ المقاوم للصدأ ، وسبائك التيتانيوم ، والسبائك النحاسية بسبب مقاومتها الاستثنائية للإجهاد الحراري والتآكل. تمتلك هذه المواد موصلية حرارية عالية ، مما يسهل نقل الحرارة الفعال مع الحفاظ على السلامة الهيكلية في ظل درجات الحرارة المتقلبة. خصائص التوسع الحراري المتأصل هي فهم جيد ، مما يضمن أن يتمكنوا من التوسع والتعاقد دون التسبب في تشققات أو تشوه. للتطبيقات ذات درجة الحرارة العالية بشكل خاص ، يمكن أيضًا استخدام السبائك القائمة على النيكل أو الطلاء الخزفي لضمان المتانة في ظل الظروف القاسية.

لتجنب خطر الصدمة الحرارية ، تتضمن العديد من المبادلات الحرارية الصناعية ميزات التصميم التي تسمح بتحولات درجة الحرارة التي يتم التحكم فيها أو التدريجي. على سبيل المثال ، غالبًا ما يتم استخدام المبادلات الحرارية متعددة الطبقات أو متعددة المراحل لإدارة تغييرات درجات الحرارة على سلسلة من الخطوات ، بدلاً من إخضاع النظام لتغيير مفاجئ. تستخدم المبادلات الحرارية متعددة التمرير مراحل متعددة من تدفق السوائل ، مما يقلل من التدرج في درجة الحرارة بين السائل الذي يدخل النظام والخروج منه. في بعض التصميمات ، قد يتم دمج آليات ما قبل التسخين أو تبريد ما قبل التبريد لجعل السوائل أقرب إلى درجة حرارة متوازنة قبل دخول المبادل الحراري ، مما يقلل من خطر الصدمة الحرارية.

التمدد الحراري هو أحد الأسباب الأساسية للتلف بسبب الصدمة الحرارية. تتناول المبادلات الحرارية الصناعية هذه المشكلة من خلال تصميم الآليات التي تسمح بحرية الحركة للمكونات عند توسيعها أو تتعاقد مع التغييرات في درجة الحرارة. عادةً ما تستخدم مفاصل التمدد والأفوار لامتصاص الحركة الحرارية ومنع الضغوط على بنية المبادل الحراري. توفر هذه المكونات المرونة في المناطق التي من المحتمل أن يحدث فيها التوسع ، مثل حزم الصدفة أو الأنبوب. تشمل بعض التصميمات أيضًا أنظمة التثبيت المحددة التي تسمح بحركة طفيفة داخل النظام ، مما يضمن أن تبقى المبادل الحراري سليمة من الناحية الهيكلية على الرغم من درجات الحرارة المتقلبة.

يتم تطبيق المواد العازلة على السطح الخارجي من المبادل الحراري لحماية المكونات الداخلية من درجات الحرارة الخارجية. يعمل هذا العزل كمخزن مؤقت حراري ، مما يقلل من احتمال التغيرات في درجة الحرارة المفاجئة التي تؤثر على المبادل الحراري مباشرة. يتم تطبيق الطلاء الواقي على أسطح المبادلات الحرارية لتوفير طبقة إضافية من الدفاع. غالبًا ما تكون هذه الطلاء مقاومة للحرارة ، مما يمنع مشكلات مثل التكسير والارتداء من ركوب الدراجات الحرارية. في البيئات عالية الخطورة ، يمكن استخدام الطلاء الحراري للحاجز الحراري أو الطلاء الخزفي ، والتي تم تصميمها خصيصًا لمقاومة تحولات درجات الحرارة القصوى دون تحلل.

المعدل الذي تتدفق فيه السوائل من خلال مبادل حراري له تأثير كبير على أدائه الحراري. عن طريق ضبط معدلات التدفق ، يمكن للمستخدمين تقليل الفرق في درجة الحرارة بين السوائل الساخنة والباردة ، مما يقلل من احتمال الصدمة الحرارية. يمكن استخدام المضخات المتغيرة السرعة وصمامات السيطرة على التدفق لضبط تدفق السوائل ديناميكيًا على درجة حرارة السوائل التي تدخل. تسمح معدلات التدفق الأبطأ بنقل حرارة أكثر تدريجيًا ، مما يضمن عدم وجود تقلبات مفاجئة في درجة الحرارة التي يمكن أن تضع الضغط على المكونات الداخلية للمبادل الحراري. يمكن أن تساعد أنظمة ضبط معدل التدفق الآلي في تحسين عملية نقل الحرارة في الوقت الفعلي ، وبالتالي تقليل الإجهاد الحراري .