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Un mistero irrisolto nella dinamica dei fluidi: in che modo il design ondulato all'interno della piastra del cuscino favorisce lo scambio di calore?
Lo scambiatore di calore a piastre a cuscino è un design emergente di scambiatore di calore completamente saldato che ha gradualmente guadagnato l'attenzione industriale grazie alla sua superficie ondulata "a cuscino" e alla tecnologia di espansione utilizzata nel processo di produzione. Sempre più attenzione dal mondo. Rispetto alle apparecchiature più tradizionali, come gli scambiatori di calore a fascio tubiero e a telaio, la tecnologia a piastre a cuscino è relativamente nuova, ma viene sempre più utilizzata in una varietà di cicli di processo grazie alla sua flessibilità geometrica.
È noto che le piastre a cuscino possono funzionare a pressioni superiori a 100 MPa e temperature fino a 800 °C.
Processo di fabbricazione
Il processo di fabbricazione delle piastre a cuscino prevede la saldatura a punti di due sottili lamiere su tutta la superficie mediante saldatura laser o a resistenza, e la successiva sigillatura dei bordi mediante saldatura continua, ad eccezione delle giunzioni. Lo spazio tra le lamiere viene quindi pressurizzato da un fluido idraulico, provocando la deformazione plastica delle lamiere, creando la loro caratteristica superficie ondulata. A seconda delle diverse strutture, le piastre a cuscino possono essere suddivise in singole convesse e doppia convesse.
Ampia gamma di applicazioni
La superiorità delle tavole a forma di cuscino rende il loro campo di applicazione molto ampio. Vengono spesso utilizzati in aree di interazione con liquidi e gas, compresi fluidi ad alta viscosità o con alti livelli di sporcizia, e possono essere impiegati in scenari in cui è richiesta una bassa perdita di pressione, come nei processi di raffreddamento e riscaldamento. Le piastre a cuscino trovano sempre più impiego soprattutto nell'industria alimentare e delle bevande, nonché in quella chimica e farmaceutica. Possono essere utilizzati come "raffreddatori ad immersione", immersi direttamente nel liquido, migliorando notevolmente l'efficienza dello scambio termico.
"Il design esclusivo della scheda a forma di cuscino può essere personalizzato per la conduzione del calore e adattarsi a una varietà di scenari applicativi diversi."
Dinamica dei fluidi nello scambio termico
Sebbene il design della piastra a cuscino presenti numerosi vantaggi, le sue prestazioni in termini di dinamica dei fluidi restano un mistero. Studi hanno dimostrato che la complessa geometria delle onde nei canali della piastra a cuscino in realtà favorisce la miscelazione dei fluidi, il che migliora i tassi di trasferimento del calore ma aumenta anche le perdite di pressione perché la formazione di saldature crea aree di ricircolo, che influenzano il flusso. La pervietà del Grazie ad ulteriori ricerche, i ricercatori stanno ora sviluppando strumenti software commerciali per aiutare a comprendere e prevedere gli effetti di questi complessi comportamenti dei fluidi.
Direzioni future della ricerca
Gli studi sul flusso di fluidi e sullo scambio termico attraverso piastre a cuscino possono essere suddivisi in diverse categorie principali, tra cui l'analisi geometrica, l'analisi del flusso nei canali interni e l'analisi del flusso tra piastre a cuscino adiacenti. Utilizzando l'analisi degli elementi finiti (FEM), è possibile calcolare con maggiore accuratezza l'area della superficie della piastra del cuscino, la tenuta del fluido e l'area della sezione trasversale del liquido, il che è fondamentale per i calcoli termodinamici.
ConclusioneÈ necessario esplorare e comprendere più a fondo le aree di ricircolo e le perdite di pressione che si formano nei canali interni delle piastre a cuscino, poiché ciò influirà direttamente sull'efficienza dello scambio termico e sulle sue prestazioni in diverse applicazioni.
La progettazione degli scambiatori di calore a piastre a cuscino non è solo flessibile e altamente adattabile, ma offre anche nuove opportunità di progresso tecnologico. Ma con l'espansione e l'applicazione della tecnologia, è ancora essenziale una ricerca approfondita sulle sue caratteristiche fluidodinamiche. In futuro dovremmo riflettere su come integrare queste tecnologie nei sistemi esistenti per promuovere uno scambio termico efficiente e, in ultima analisi, migliorare i nostri processi industriali.
