Com funcionen les unitats d'intercanvi de calor?

Aïllament de fluids (mode principal)La majoria dels dispositius d'intercanvi de calor industrials i de comerç exterior separen estrictament els fluids freds i calents mitjançant parets sòlides d'alta conductivitat tèrmica (com ara parets de canonades metàl·liques, plaques de metall ondulat) per evitar la barreja i la contaminació dels dos fluids, i només permeten que la calor es transfereixi a través de la paret;

Força motriu: diferència de temperatura (ΔT)La força motriu principal de la transferència de calor és la diferència de temperatura entre els fluids calents i freds. Com més gran sigui la diferència de temperatura, més ràpida serà la velocitat de transferència de calor. Mentre hi hagi una diferència de temperatura entre els dos fluids, la transferència de calor es produirà espontàniament fins que la diferència de temperatura entre els dos fluids s'acosta a zero i s'aconsegueix un equilibri dinàmic, moment en què la transferència de calor efectiva s'atura essencialment.

Procés bàsic:Transferència de calor en tres-etapes Prenent com a exemple l'intercanviador de calor indirecte més utilitzat, la transferència de calor consta de tres passos consecutius, cap dels quals no es pot ometre:

- Transferència de calor per convecció (fluid → paret): quan un fluid d'alta-temperatura flueix per un costat d'una paret, les molècules de fluid xoquen amb la paret i transfereixen calor a la paret. Al mateix temps, el propi flux macroscòpic (turbulència) del fluid transfereix contínuament la calor interna a la paret. Com més ràpid sigui el cabal i com més forta sigui la turbulència, més gran serà l'eficiència de transferència de calor.

- Conducció de calor (dins de la paret): la calor es condueix des de la-paret lateral d'alta temperatura a la paret lateral de baixa-temperatura mitjançant la vibració molecular del material de la paret sòlida. La conductivitat tèrmica del material de la paret (com el coure i l'alumini, que tenen una millor conductivitat tèrmica que l'acer inoxidable) i el gruix de la paret i el grau d'encrassement afecten directament l'eficiència de la conducció.

- Transferència de calor per convecció (paret → fluid): la paret lateral de baixa-temperatura transfereix calor a les molècules de fluid-de baixa temperatura properes a la paret. El fluid de baixa -temperatura transporta la calor a través del seu flux, mantenint la diferència de temperatura entre la paret i el fluid i assegurant la transferència de calor contínua.

Balanç energètic:Conservació de la calor En condicions ideals (ignorant una petita quantitat de pèrdua de calor), la calor total alliberada pel fluid d'-temperatura alta és igual a la calor total absorbida pel fluid de-temperatura baixa, que s'ajusta a la llei de conservació de l'energia. A mesura que es transfereix calor, la temperatura del fluid d'-temperatura alta{4} disminueix gradualment, mentre que la temperatura del fluid de baixa - augmenta gradualment i la temperatura del fluid disminueix gradualment{4}. La diferència de temperatura entre els dos s'estreny gradualment, reduint així la velocitat de transferència de calor.