هنگام طراحی مبدل های حرارتی ، انتخاب مواد مناسب برای لوله ها برای دستیابی به کارآیی و دوام بسیار مهم است. از جمله متداول ترین مواد می توان به فولاد ضد زنگ ، مس و آلومینیوم اشاره کرد که هر کدام دارای مجموعه مزایا و اشکال خود از نظر عملکرد انتقال حرارت هستند. درک چگونگی مقایسه این مواد می تواند بینش کلیدی در طراحی مبدل های حرارتی ارائه دهد که ضمن اطمینان از طول عمر و به حداقل رساندن هزینه ها ، انتقال حرارت را به حداکثر می رساند.
لوله های استیل ضد زنگ برای مبدل های حرارتی به دلیل قدرت استثنایی ، مقاومت در برابر خوردگی و تطبیق پذیری شناخته شده اند. در حالی که آنها در مقایسه با مس یا آلومینیوم دارای هدایت حرارتی کمتری هستند ، آنها مزایایی را ارائه می دهند که باعث می شود آنها برای بسیاری از برنامه های مبدل حرارتی ایده آل شوند. هدایت حرارتی پایین فولاد ضد زنگ - حدود 15 W/m · K - به این معنی که گرما را به اندازه مس منتقل نمی کند ، که دارای رسانایی در حدود 400 W/m · K یا آلومینیوم است ، که به طور معمول در حدود 200 W/m · K قرار می گیرد. با این حال ، تفاوت در راندمان انتقال حرارت اغلب می تواند توسط سایر عوامل مانند استحکام مواد و توانایی آن در مقاومت در برابر محیط های سخت جبران شود. فولاد ضد زنگ مخصوصاً برای محیط هایی مناسب است که مبدل حرارتی در معرض مایعات تهاجمی ، فشارهای زیاد یا دمای شدید قرار می گیرد که ممکن است باعث شود مواد دیگر به مرور زمان تخریب شوند.
به عنوان مثال ، در صنایعی مانند فرآوری شیمیایی یا کاربردهای دریایی ، که در آن خوردگی ناشی از نمک یا مواد شیمیایی یک نگرانی مداوم است ، مقاومت در برابر خوردگی برتر فولاد ضد زنگ آن را به عنوان ماده مورد نظر تبدیل می کند. بر خلاف مس و آلومینیوم ، که می تواند هنگام قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی خاص یا آب دریا ، خوردگی کند ، لایه انفعال از جنس استنلس استیل مقاومت طبیعی در برابر زنگ زدگی را ارائه می دهد و طول عمر مبدل حرارتی را گسترش می دهد. این مقاومت به این معنی است که حتی اگر راندمان انتقال حرارت کمی پایین تر باشد ، طول عمر و قابلیت اطمینان سیستم آن را به یک انتخاب ارزشمند در این محیط ها تبدیل می کند.
در حالی که مس و آلومینیوم از فولاد ضد زنگ از نظر هدایت گرما بهتر است ، آنها بدون محدودیت نیستند. خصوصیات انتقال حرارت عالی مس ، آن را به یک انتخاب آشکار برای برنامه هایی تبدیل می کند که در آن راندمان تبادل گرما اولویت مطلق است ، مانند سیستم های تبرید یا سیستم های بازیابی گرما. با این حال ، حساسیت مس به خوردگی ، به ویژه در محیط های اسیدی یا با سرعت بالا ، استفاده از آن را محدود می کند. از طرف دیگر آلومینیوم سبک تر است و همچنین هدایت گرمای خوبی را ارائه می دهد. این ماده اغلب در سیستمهایی استفاده می شود که وزن یک عامل مهم است ، مانند مبدلهای حرارتی خودرو یا هوافضا. با این حال ، آلومینیوم بیشتر مستعد اکسیداسیون است که در صورت عدم درمان صحیح می تواند منجر به کاهش عملکرد شود.
هنگام مقایسه این مواد از نظر طراحی مبدل حرارتی ، انتخاب اغلب به تعادل هدایت حرارتی ، خصوصیات مکانیکی و مقاومت در برابر محیط زیست بستگی دارد. در طرح هایی که راندمان حرارتی را بالاتر از هر چیز اولویت قرار می دهد ، مس یا آلومینیوم ممکن است گزینه های بارز به نظر برسد. با این حال ، توانایی فولاد ضد زنگ برای مقاومت در برابر درجه حرارت بالا ، مواد شیمیایی تهاجمی و سایش فیزیکی به این معنی است که اغلب در کاربردهای صنعتی مورد علاقه قرار می گیرد که در آن دوام و هزینه های نگهداری نگرانی های اساسی است. علاوه بر این ، با بهینه سازی طرح مبدل حرارتی ، می توان راندمان انتقال حرارت کمی پایین از جنس استنلس استیل را جبران کرد - از جمله افزایش سطح لوله ها یا استفاده از چندین پاس از سیال - که با وجود ضرر رسانایی مواد ، عملکرد بالا می رود.
ضخامت لوله ، پایان سطح و پیکربندی نیز نقش مهمی در راندمان انتقال حرارت دارد. به عنوان مثال ، لوله های استیل ضد زنگ با دیواره نازک با سطح صاف می توانند با وجود هدایت حرارتی پایین تر مواد ، به بهبود میزان انتقال حرارت کمک کنند. علاوه بر این ، تنظیمات لوله چند لوله یا لوله می توانند با افزایش سطح سطح ، تبادل گرما را تقویت کنند ، و بیشتر جبران محدودیت های هدایت حرارتی از جنس استنلس است. به طور مشابه ، در حالی که مس و آلومینیوم ممکن است در ابتدا به دلیل هدایت حرارتی بالاتر به نظر برسد ، حساسیت نسبتاً بالاتر آنها به خوردگی ممکن است منجر به نگهداری و جایگزینی مکرر شود و باعث افزایش هزینه کل چرخه عمر مبدل حرارتی شود.
در حالی که لوله های استیل ضد زنگ برای مبدل های حرارتی رهبران در راندمان انتقال حرارت در مقایسه با مس و آلومینیوم ، دوام ، مقاومت در برابر خوردگی و توانایی مقاومت در برابر شرایط عملیاتی شدید ، آنها را به یک انتخاب عالی برای بسیاری از مبدل های حرارتی صنعتی تبدیل نمی کنند. انتخاب مواد مناسب نه تنها به راندمان حرارتی بلکه به عواملی مانند قرار گرفتن در معرض محیط زیست ، چرخه نگهداری و هزینه های بلند مدت نیز بستگی دارد. برای صنایعی که نیاز به طول عمر و حداقل خرابی دارند ، مزایای فولاد ضد زنگ اغلب از هدایت گرمای پایین تر آن بالاتر است ، و در نتیجه یک راه حل مبدل حرارتی قابل اعتماد ، کارآمد و مقرون به صرفه ایجاد می شود. $ $
