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Un mystère non résolu de la dynamique des fluides : comment la conception ondulée à l'intérieur d'une plaque à coussin favorise-t-elle l'échange de chaleur ?
L'échangeur de chaleur à plaques en coussin est une conception émergente d'échangeur de chaleur entièrement soudé qui a progressivement attiré l'attention de l'industrie en raison de sa surface ondulée en « coussin » et de la technologie d'expansion utilisée dans le processus de fabrication. De plus en plus d'attention du monde entier. Comparée aux équipements plus traditionnels tels que les échangeurs de chaleur à tubes et calandre et à cadre, la technologie des plaques à coussinets est relativement nouvelle, mais elle est de plus en plus utilisée dans une variété de cycles de processus en raison de sa flexibilité géométrique.
Il est entendu que les plaques d'oreiller peuvent fonctionner à des pressions supérieures à 100 MPa et à des températures allant jusqu'à 800 °C.
Processus de fabrication
Le processus de fabrication des plaques d'oreiller consiste à souder par points deux fines feuilles de métal sur toute leur surface à l'aide d'un laser ou d'un soudage par résistance, puis à sceller les bords par soudage par couture, à l'exception des joints. L'espace entre les tôles est ensuite pressurisé par un fluide hydraulique, ce qui provoque la déformation plastique des tôles, créant leur surface ondulée caractéristique. Selon les différentes structures, les plaques d'oreiller peuvent être divisées en simples convexes et doubles convexes.
Large gamme d'applications
La supériorité des panneaux en forme d'oreiller rend leur gamme d'application très large. Ils sont souvent utilisés dans les zones d'interaction avec des liquides et des gaz, y compris des milieux à forte viscosité ou à niveaux élevés de saleté, et peuvent être utilisés dans des scénarios où une faible perte de pression est requise, comme les processus de refroidissement et de chauffage. Les plaques à coussinets sont de plus en plus utilisées, notamment dans l'industrie agroalimentaire, chimique et pharmaceutique. Ils peuvent être utilisés comme « refroidisseurs à immersion », immergés directement dans le liquide, améliorant considérablement l'efficacité de l'échange thermique.
« La conception unique de la plaque en forme d'oreiller peut être personnalisée pour la conduction thermique afin de s'adapter à une variété de scénarios d'application différents. »
Dynamique des fluides du transfert de chaleur
Bien que la conception de la plaque d'oreiller présente de nombreux avantages, ses performances en matière de dynamique des fluides restent un mystère. Des études ont montré que la géométrie complexe des vagues dans les canaux des plaques à coussinets favorise en fait le mélange des fluides, ce qui améliore les taux de transfert de chaleur mais augmente également les pertes de pression car la formation de soudures crée des zones de recirculation, ce qui affecte l'écoulement. Grâce à des recherches plus poussées, les chercheurs développent désormais des outils logiciels commerciaux pour aider à comprendre et à prédire les effets de ces comportements fluides complexes.
Orientations futures de la recherche
Les études sur l'écoulement des fluides et le transfert de chaleur à travers des plaques à coussinets peuvent être divisées en plusieurs catégories principales, notamment l'analyse géométrique, l'analyse de l'écoulement dans les canaux internes et l'analyse de l'écoulement entre des plaques à coussinets adjacentes. En utilisant l'analyse par éléments finis (FEM), la surface de la plaque d'oreiller, la rétention du fluide et la section transversale du liquide peuvent être calculées avec plus de précision, ce qui est essentiel pour les calculs thermodynamiques.
ConclusionLes zones de recirculation et les pertes de pression formées dans les canaux internes des plaques d'oreiller doivent être explorées et comprises plus en profondeur, car cela affectera directement l'efficacité de l'échange de chaleur et ses performances dans différentes applications.
La conception des échangeurs de chaleur à plaques en coussin est non seulement flexible et hautement adaptable, mais offre également de nouvelles opportunités de progrès technologique. Mais avec l’expansion et l’application de la technologie, des recherches approfondies sur ses caractéristiques de dynamique des fluides restent essentielles. À l’avenir, devrions-nous réfléchir à la manière d’intégrer ces technologies dans les systèmes existants pour favoriser un échange de chaleur efficace et, à terme, améliorer nos processus industriels ?
