بررسی انتقال حرارت در لوله های فین دار

همچنانکه می دانیم ،امروزه با افزایش قیمت حائل های انرژی و همینطور افزایش هزینه های اکتشاف و بهره برداری از این حامل ها ،بحث صرفه جویی و در کنار صرفه جویی و در کنار آن بازدهی بالای دستگاههای گرمایشی و سرمایشی متخصصان و مهندسین این حوزه را بر آن داشته که جهت ساخت ماشین آلات و تجهیزات تولید کننده گرما و سرمایشی ، متخصصان و مهندسین این حوزه را برآن داشته که جهت ساخت ماشین آلات و تجهیزات تولید کننده گرما  و سرما ، به سمت و سوی بازدهی و راندمان حداکثری سوق پیدا کرده  و از علوم و تکنولوژی بهره ببرند .در این راستا با مطالعه روی نمونه ای خارجی این ماشین آلات پی بردند مهمترین عامل در این رابطه بسیار پر اهمیت بوده و علم روز دنیا را به سمت خود سوق داده ،بحث انتقال حرارت و یا افزایش ضریب انتقال حرارت می باشد.

فرمول انتقال حرارت جابجایی Q=UAΔT می باشد که بر اساس فرمول فوق یکی از راههای افزایش نرخ انتقال حرارت ، افزایش سطح انتقال حرارت (A) می باشد و از روشهای علمی افزایش سطح در مبدلهای حرارتی اضافه کردن پره (فین) بر روی سطح لوله های ناقل حرارت می باشد.

در همین راستا انتخاب نوع پره d (fin) بسیار اهمیت داشته و تاثیر بسزائی در افزایش سطح و سرعت انتقال حرارت ایفاء می کند در این مقاله سعی برآن است که انواع فین های مورد استفاده در ساخت مبدلها مورد بررسی قرار گرفته و مزایا و معایب آنها مورد ارزیابی قرار می گیرد.

انواع فین تیوب ها

فین تیوب ها بر اساس نوع پره های مورد استفاده در آن به سه دسته ذیل تقسیم می شوند

1-فین های طولی longitudinal fin tube

2-فین پیچشی wrap-on fin tube

3-فین اکسترود Extrud fine tube

و البته از لحاظ ارتفاع پره ها نیز به سه دسته low fin tube , medium fin tube ,high fin tube   مشهور می باشند و مرتبط با طراحی انتقال حرارت و سطح مورد نیاز از یک لوله مشخص ، و تعداد فین ها در هر اینچ لوله مشخص می گردد.

مقایسه فین تیوب ها

1-longitudinal fin  (فین های طولی)

جهت ساخت این نوع فین ها از تسمه های باریک و طولی که توسط دستگاه خم کاری به شکل U شده استفاده شده استفاده کرده و آزاد بصورت طولی روی تیوب جوشکاری می کنند و البته جوشکاری این فین ها روی تیوب نسبتا مشکل بوده و توسط دستگاه های خاص جوشکاران ماهر انجام می شود ،چرا که فین های بسیار نازک بوده و روشهای متداول جوشکاری برای این کار مناسب نمی باشند .

روشهای جوشکاری فین های طولی روی تیوب عمدتا مقاومتی و لحیم کاری می باشد که با توجه به جنس تیوب و فین مورد نظر از این روش ها  استفاده می گردد به عنوان مثال جهت جوشکاری فین با جنس برنجی (Brass) روی تیوب  برنجی استفاده از روش لحیم کاری بسیار صنعتی تر بوده و جهت اتصال فین کربن استیل به تیوب استنلس استیل و برعکس ،بهتر است از روش جوش مقاومتی بهره جهت

مزایای longitudinal

-در سیالاتی که دم و فشار بالاتری دارند و انتخاب متریال در انها بسیار حائز اهمیت است می توان از جنس همان ساخت  tube , fin استفاده کرد.

-با توجه به روش تولید fin می توان از فلزات ارزان قیمت مانند کربن استیل در این فین ها استفاده کرد.

معایب longitudinal  fin tube  

-فین و تیوب در مقاطعی دارای gap بوده و همین موضوع راندمان انتقال حرارت کاهش می دهد

-فاصله فین و تیوب باعث جمع شدن نا خالصی ها در درز ها شده و ایجاد خوردگی روی سطح تیوب می کند .

2-wrap-on fin tube  (فین تیوب پیچشی)

جهت ساخت فین در این نوع تیوب ها از نوار  (strip)  آلومینیویی یا مسی و یا حتی از جنس استنلس  استیل استفاده کرده و نوار را توسط دستگاههای خاص به دور تیوب می پیچد و در آخر ابتدا و انتهای فین را به تیوب جوشکاری می کنند.

این نوع تیوب با توجه به طراحی و کاربردی که در صنعت دارند به انواع ذیل تقسیم می شوند:

–        نوع G  ( embeded )

–        نوع L   ( wrap )

–        نوع  L  ( knurled )

–        نوع L  ( double )

3- extrude  ( فین اکسترود )

فین تولید شده به روش الکترونیکی از انواع فین های پرکاربرد در صنعت بوده و شباهت زیادی به نوع پیچشی دارد ، اما فقط در شکل ظاهری مشابه هم بوده و روش تولید آن بدین صورت است که جهت ساخت فین ، از لوله آلمینیومی یا مسی بزرگتر از خود تیوب استفاده کرده و ابتدا تیوب را داخل لوله فین قرار دارد و با دستگاه مخصوص فین زنی آنرا تحت فشار قرار داده و با دیسک های موجود در فک دستگاه لوله فوق بصورت فین روی تیوب قرار می گیرد.

جنس لوله و پره در این نوع از فین تیوب ها عمدتاً متفاوت بوده و برای تیوب های مختلف جنس پره ها را مسی یا آلمینیومی انتخاب می کند که البته آلمینیوم به دلیل ارزان بودن کاربرد بیشتری دارد.

فین تیوب الکترود به دلیل یکپارچگی فین که تمام سطح تیوب یا لوله را پوشش می دهد ، مقاومت مکانیکی تیوب را افزایش دهد و در مقابل خوردگی مقاومت خوبی از خود نشان می دهد و ضمناً به دلیل چسبندگی بالای فین و تیوب به هم هیچگونه مقاومت حرارتی بین آنها بوجود نیامده و ناخالصی های موجود در سیال نیز در درز آنها جمع نمی شوند و همین امر بازدهی و راندمان حرارتی این نوع فین تیوبها را بالا برده است در جدول پیوست ماکسیموم دمای کاری ، مقاومت به خوردگی و مقاومت مکانیکی فین های اکسترود و پیچشی مقایسه شده اند.

 Extrud finEmbeded (GType)Wrap(LType)Ken(LType)Double (LType)
دمای ماکزیم کاری300 °400 °120 °250 °120 °
مقاومت به خوردگیExeelentPooRAcceptablemediummedium
مقاومت مکانیکیExeelentAcceptablePooRAcceptable

PooR

نتیجه گیری : در شرایط یکسان وجود تجهیزات مناسب و شرایط یکسان اقتصادی ، بهترین نوع  fintube در حال حاضر extrude fin بوده و به همین علت دستگاه های ساخت این نوع فین تیوب ها روز به روز تکنولوژی جدیدی را در صفت به معرض محور می رساند .