Laivan levylämmönvaihdin aluksen päälämmönvaihtolaitteistona on avainasemassa koko laivan turvallisessa käytössä. Sen rakenne on suhteellisen yksinkertainen verrattuna muihin laitteisiin, jotka koostuvat pääasiassa ruuvista, painelevystä, pohjasta, levystä ja niin edelleen. Sitä käytetään laajalti vuorauksen vedena, voiteluöljyn jäähdyttimenä ja keskusjäähdyttimenä suurten laivojen pääkoneissa. Se on kehittynyt valtavasti viimeisten vuosikymmenten aikana. Suuret valmistajat keskittyvät parantamaan laivojen levylämmönvaihtimien lämmönvaihtovaikutusta.
Koska merilevylämmönvaihtimen levyrakenne vaikuttaa suoraan lämmönvaihtimen suorituskykyyn. Tässä artikkelissa käsitellään olemassa olevan laivalevylämmönvaihtimen levyparametrien vaikutusta lämmönvaihtimen suorituskykyyn, jotta saadaan viitettä lisätutkimuksia varten.
Laivojen levylämmönvaihtimien huollettavuuden vuoksi levyt yhdistetään U-muotoon, mikä on vastavirtamenetelmä, ja nesteenä molemmilla puolilla on kylmää vettä ja kuumaa vettä tai voiteluöljyä. Levyjen välinen lämmönvaihtomuoto voidaan abstrahoida tasaisen seinämän lämmönsiirroksi. Koska nesteen virtaus laivan levylämmönvaihtimen kanavassa määräytyy pääkoneen dieselmoottorin voiteluöljyn tai vuorausveden lämmönvaihdon perusteella, tutkimuksen painopiste voi olla levymuodossa.
Mitkä ovat tärkeimmät levyn lämmönsiirtovaikutukseen vaikuttavat tekijät?
1. Levyn paksuus
2. Levyn kulma
3. Virtausnopeus levyjen välillä
Levyn paksuus
Lämmönsiirtokertoimen lausekkeesta voidaan nähdä, että mitä pienempi levyn paksuus δ on, sitä parempi lämmönsiirtimen lämmönsiirtovaikutus on. Laivojen levylämmönvaihtimien standardi ehdottaa, että lämmönvaihtimen levypaksuus on 0,6-0,8 mm. Alan ohuin titaanilevy on saavuttanut 0,4 mm. Levyn ohentaminen ei ole liian ilmeistä lämmönvaihtovaikutuksen parantamiseksi, mutta päätarkoituksena on alentaa kustannuksia ja vähentää materiaalien kulutusta, mutta ohuen levyn lujuus vähenee suhteellisesti puristuksen jälkeen.
Levyn kulma
Yksi tärkeimmistä menetelmistä lisätä k:n arvoa laivojen levylämmönvaihtimissa on lisätä nesteen häiriöastetta lämmönvaihtoväliaineen pinnalla levyn molemmilla puolilla. Laivojen levylämmönvaihtimien levyt prosessoidaan yleensä kalanruotolevyiksi. Kalanruoto-aaltolevyssä kalanruotokulman koolla on suuri vaikutus lämmönsiirtoon ja nesteenkestävyyteen. Levyillä, joissa on suuret kalanruotokulmat, on korkea lämmönsiirtokerroin ja korkea nesteenkestävyys; päinvastoin pienillä kalanruotokulmilla levyillä on alhainen lämmönsiirtokerroin ja vastus. 120° kalanruotokulmalla on paras lämmönsiirtovaikutus. Mitä pienempi tai suurempi kulma, sitä pienempi lämmönsiirtotehokkuus. Tavanomaisessa keskusjäähdyttimessä ja vuorauksen vesijäähdyttimessä käytetään 120° kalanruotolevyjä maksimaalisen lämmönsiirtovaikutuksen saavuttamiseksi.
Virtausnopeus levyjen välillä
Levyjen välissä virtaavan nesteen virtausnopeus ei ole tasainen. Päävirtauslinjan virtausnopeus on noin 4-5 kertaa keskimääräinen virtausnopeus. Prosessin jokaisen virtauskanavan virtausnopeus ei ole tasainen. Jotta neste virtaa levyjen välillä täysin turbulenttisesta tilasta, on suositeltavaa ottaa levyjen keskimääräinen virtausnopeus 0,3-0,8 m/s. Ota suurempi arvo, kun resistanssin pudotuksen annetaan lisätä konvektiivista lämmönsiirtokalvokerrointa, mikä vähentää lämmönvaihtoaluetta ja parantaa lämmönvaihtotehokkuutta. Valitse yleensä sopiva yksiosainen pinta-ala ja levyn kuvasuhde tietyn virtausnopeuden mukaan. Tämä valintamenetelmä on avaintekijä levyjen välisen virtausnopeuden säätelyssä.
(1) Lämmönsiirtimen lämmönsiirtomallin avulla analysoidaan useita lämmönvaihtimen lämmönsiirtokerrokseen k vaikuttavia keskeisiä tekijöitä: lämmönsiirtokalvokerroin α ja levyn paksuus δ. Levyjen ominaispituus ja levyjen välinen Reynoldsin luku Re määräävät lämmönsiirtokalvokertoimen α koon.
(2) Laivojen levylämmönvaihdinlevyjen nykyistä tutkimussuuntaa (levyn paksuus, levykulma ja levyjen välinen virtausnopeus) analysoidaan yksityiskohtaisesti.
(3) Analyysin jälkeen on tarpeen parantaa ja optimoida laivojen levylämmönvaihdinta asiaankuuluvien lämmönsiirron ja nestemekaniikan periaatteiden mukaisesti myöhemmässä työssä.
