מחליף חום הלוחות הימי כציוד חילופי החום העיקרי באונייה ממלא תפקיד מפתח בהפעלה בטוחה של הספינה כולה. המבנה שלו פשוט יחסית לציוד אחר, מורכב בעיקר מבורג, לוח לחץ, בסיס, לוח וכדומה. הוא נמצא בשימוש נרחב כמי אניה, מצנן שמן סיכה ומקרר מרכזי למנוע הראשי של ספינות גדולות. זה התפתח מאוד בעשורים האחרונים. היצרנים הגדולים מתמקדים כיצד לשפר את אפקט חילופי החום של מחליפי חום צלחות ימיים.
מכיוון שמבנה הלוחות של מחליף החום הימי משפיע ישירות על הביצועים של מחליף החום. מאמר זה ידון בהשפעה של סדרה של פרמטרי לוחות של מחליף חום הלוחות הימי הקיים על ביצועי מחליף החום, על מנת לספק התייחסות כלשהי למחקר נוסף.
לשמירה על תחזוקה של מחליפי חום לוחות ימיים, הלוחות מחוברים בצורת U, שהיא שיטת זרם נגדי, והנוזל משני הצדדים הוא מים קרים ומים חמים או שמן סיכה. צורת חילופי החום בין הלוחות יכולה להיות מופשטת כהעברת חום בקיר שטוח. מכיוון שזרימת הנוזל בתעלה של מחליף חום הלוחות הימי נקבעת על ידי חילופי החום של שמן סיכה מנוע הדיזל הראשי של מנוע הדיזל או מי אניה, המיקוד של המחקר יכול להיות בצורת הלוחות.
מהם הגורמים העיקריים המשפיעים על אפקט העברת החום של הצלחת
1. עובי צלחת
2. זווית הצלחת
3. קצב זרימה בין צלחות
עובי צלחת
ניתן לראות מהביטוי של מקדם העברת החום שככל שהעובי δ של הצלחת קטן יותר, כך השפעת העברת החום של מחליף החום טובה יותר. התקן עבור מחליפי חום צלחות ימיים מציע שעובי הלוח של מחליף החום הוא 0.6-0.8 מ"מ. לוחית הטיטניום הדקה ביותר בתעשייה הגיעה ל-0.4 מ"מ. דילול הצלחת לא יהיה ברור מדי כדי לשפר את אפקט חילופי החום, אך המטרה העיקרית היא להפחית את העלות ולהפחית את צריכת החומרים, אך חוזק הצלחת הדקה יקטן יחסית לאחר הלחיצה.
זווית של צלחת
אחת השיטות העיקריות להגדלת הערך של k במחליפי חום של לוחות ימיים היא להגביר את מידת הפרעת הנוזלים על פני המדיום לחילופי החום משני צידי הלוח. הלוחות של מחליפי חום צלחות ימיים מעובדים בדרך כלל לצלחות גליות אדרה. עבור הסדין הגלי, לגודל זווית הדג יש השפעה רבה על העברת החום ועמידות הנוזלים. לצלחות עם זוויות אדרה גדולות יש מקדם העברת חום גבוה ועמידות גבוהה לנוזלים; לעומת זאת, לצלחות עם זוויות אדרה קטנות יש מקדם העברת חום והתנגדות נמוכים. לזווית עצם הדג של 120 מעלות יש את אפקט העברת החום הטוב ביותר. ככל שהזווית קטנה או גדולה יותר, כך יעילות העברת החום נמוכה יותר. הצידנית המרכזית הרגילה וצינן המים משתמשים בצלחות אדרה של 120° כדי להשיג את המקסימום אפקט העברת החום.
קצב זרימה בין צלחות
קצב הזרימה של הנוזל הזורם בין הלוחות אינו אחיד. קצב הזרימה בקו הזרימה הראשי הוא בערך פי 4 עד 5 מהזרימה הממוצעת. קצב הזרימה של כל ערוץ זרימה בתהליך אינו אחיד. על מנת לגרום לנוזל לזרום בין הלוחות, מתוך מצב סוער לחלוטין, רצוי לקחת את מהירות הזרימה הממוצעת בין הלוחות 0.3-0.8m/s. קח ערך גדול יותר כאשר מותר לירידה בהתנגדות להגדיל את מקדם סרט העברת החום ההסעה, ובכך להקטין את שטח חילופי החום ולשפר את יעילות חילופי החום. בדרך כלל בחר את השטח המתאים למקשה אחת ויחס רוחב-גובה של הצלחת בהתאם לקצב זרימה נתון. שיטת בחירה זו היא גורם מפתח בשליטה על קצב הזרימה בין הלוחות.
(1) באמצעות מודל העברת החום של מחליף החום, מנותחים מספר גורמים מרכזיים המשפיעים על מקדם העברת החום k של מחליף החום: מקדם סרט העברת החום α ועובי הצלחת δ. האורך האופייני של הלוחות ומספר ריינולדס Re בין הלוחות קובעים את גודל מקדם סרט העברת החום α.
(2) כיוון המחקר הנוכחי של לוחות מחליפי חום של צלחות ימיות (עובי צלחת, זווית צלחת ומהירות זרימה בין צלחות) מנותח בפירוט.
(3) לאחר ניתוח, יש צורך לשפר ולייעל את מחליף חום הלוחות הימי בהתבסס על העקרונות הרלוונטיים של העברת חום ומכניקת נוזלים בעבודה שלאחר מכן.
