Bộ trao đổi nhiệt là thiết bị được thiết kế để truyền nhiệt từ nơi này sang nơi khác. Chức năng của chúng là trích nhiệt từ chất lỏng như nước nóng hoặc hơi nước và dẫn nhiệt đến chất lỏng khác như nước lạnh hoặc không khí. Quá trình truyền nhiệt từ chất lỏng này sang chất lỏng khác được gọi là Truyền nhiệt. Vì bộ trao đổi nhiệt được ứng dụng ở nhiều nơi như nhà máy, nhà máy điện hoặc thậm chí là nhà ở của chúng ta nên chúng trở nên rất quan trọng. Dưới đây, chúng ta sẽ quản lý nhiệt trong các hệ thống này như thế nào?
Để có được bức tranh rõ ràng về cơ chế hoạt động đằng sau bộ trao đổi nhiệt, chúng tôi xin giải thích một số điều về cách thức hoạt động của quá trình truyền nhiệt. Nhiệt là một dạng năng lượng chảy từ vật nóng sang vật lạnh. Ví dụ, khi bạn chạm vào bếp nóng, nhiệt được truyền từ bếp sang tay bạn, khiến tay bạn cảm thấy ấm. Đây là lý do chính đáng để cảnh giác với các bề mặt nóng. Có ba cơ chế chuyển động của nhiệt - dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ.
Đối lưu xảy ra khi nhiệt được mang đi bằng cách di chuyển chất lỏng như không khí và nước. Đây là một cơ chế truyền nhiệt rất quan trọng trong trường hợp của nhiều loại thiết bị như Bộ trao đổi nhiệt. Ví dụ, nước nóng chảy qua bộ trao đổi nhiệt và bằng cách đối lưu, nhiệt của nó sẽ giảm xuống cùng với nước lạnh cũng đang chảy qua bộ trao đổi.
Đây là một quá trình truyền nhiệt được gọi là bức xạ, xảy ra mà không có bất kỳ tiếp xúc trực tiếp nào giữa các vật thể. Ví dụ, hãy xem xét cách Trái đất được mặt trời làm nóng theo cách đơn giản. Điều này là do nhiệt từ mặt trời truyền qua không gian — nhưng vì không có phân tử nào trong chân không, nên nó làm ấm hành tinh của chúng ta mà không cần phải chạm vào chúng ta.
Bộ trao đổi nhiệt rất tuyệt vời vì chúng có thể giúp tiết kiệm năng lượng. Chúng trích nhiệt từ chất lỏng nóng và sau đó chuyển nhiệt sang chảy trong chất lỏng lạnh, làm như vậy mà không làm mất năng lượng. Trong lò xử lý - Điều này rất rõ ràng và được sử dụng rộng rãi nhưng khi sử dụng bộ trao đổi nhiệt, chúng ta có thể tiết kiệm khoảng 25 đến 35% năng lượng; ví dụ, một nhà máy đun nóng nước đi qua nhiều bước/cấp trong cùng một nhà máy, bây giờ vì nước nóng nên có thể thay thế bước thứ tư lạnh để tránh thêm một nhiệm vụ gia nhiệt. Theo cách này, không có năng lượng nhiệt nào bị lãng phí, giúp tiết kiệm đáng kể hóa đơn hàng tháng của bạn.
Sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai chất lỏng đóng vai trò quan trọng trong quá trình truyền nhiệt. Nhiệt được truyền nhiều hơn khi chênh lệch nhiệt độ lớn hơn. Đây là lý do tại sao việc thiết kế bộ trao đổi nhiệt với sự chênh lệch nhiệt độ thích hợp là rất quan trọng. Đây là một cân nhắc quan trọng đối với các kỹ sư để đảm bảo bộ trao đổi nhiệt hoạt động hiệu quả.
Một thiết kế đặc biệt hấp dẫn là bộ trao đổi nhiệt kênh vi mô. Một cách khác để biết về các bộ trao đổi nhiệt này là chúng trông giống như các kênh nhỏ, chỉ rộng vài milimét. Các kênh nhỏ này có thể cung cấp hiệu suất nhiệt tốt trong một thể tích rất nhỏ do tỷ lệ diện tích trên thể tích cao. Điều đó khiến chúng trở thành ứng cử viên lý tưởng cho loại trao đổi nhiệt này.