Η ιδέα και η λειτουργία ενός εναλλάκτη θερμότητας κελύφους και σωλήνα είναι μάλλον απλή και βασίζονται στη ροή και τη θερμική επαφή δύο υγρών. Το όνομα ενός εναλλάκτη θερμότητας κελύφους και σωλήνα χρησιμεύει ως εξήγηση της διαδικασίας, η οποία είναι η ανταλλαγή θερμοκρασίας μεταξύ δύο ρευστών. Σε έναν εναλλάκτη θερμότητας, ένα θερμαινόμενο ή καυτό ρευστό θα ρέει γύρω από ένα κρύο ρευστό και θα μεταφέρει θερμότητα προς την κατεύθυνση της ροής του ψυχρού ρευστού.
Σε κάθε περίπτωση όπου δύο κομμάτια υλικού έρχονται σε επαφή, θα υπάρξει ανταλλαγή ή μεταφορά θερμότητας μέσω μιας αγώγιμης επιφάνειας. Η διαδικασία ενός εναλλάκτη θερμότητας κελύφους και σωλήνα παρέχει ένα μέρος για δύο ρευστά για να ανταλλάσσουν ή να μεταφέρουν θερμότητα μέσω αγώγιμων μετάλλων.
Στη διαδικασία του εναλλάκτη θερμότητας κελύφους και σωλήνα, ένα ρευστό ρέει μέσα από τους σωλήνες ενώ το άλλο ρευστό ρέει μέσα από το κέλυφος. Στο παρακάτω διάγραμμα, το οποίο είναι ένας εναλλάκτης θερμότητας ευθύγραμμου σωλήνα και σωλήνα, η είσοδος του κελύφους για την είσοδο του υγρού κελύφους βρίσκεται στο επάνω μέρος με την είσοδο για το υγρό του σωλήνα κάτω δεξιά.
Ένας εναλλάκτης θερμότητας κελύφους και σωλήνα έχει δύο διαμερίσματα ή τμήματα: την πλευρά του κελύφους και την πλευρά του σωλήνα. Όταν εργάζεστε με έναν εναλλάκτη θερμότητας κελύφους και σωλήνα, είναι σημαντικό να αποφασίσετε από ποια πλευρά θα εισέλθει το ζεστό υγρό και από ποια θα εισέλθει το κρύο υγρό. αυτή η απόφαση αναφέρεται ως κατανομή υγρών.
Όταν υπάρχει διαφορά πίεσης μεταξύ των ρευστών, το ρευστό χαμηλότερης πίεσης εισέρχεται μέσω της εισόδου του κελύφους, καθώς οι σωλήνες έχουν σχεδιαστεί για να χειρίζονται υψηλή πίεση.
Πλευρά κελύφους
Κατά τον προσδιορισμό της ροής υγρού για την πλευρά του κελύφους, είναι σημαντικό να γνωρίζετε ότι το κέλυφος είναι πιο ακριβό στην κατασκευή από τους σωλήνες και είναι πιο δύσκολο να καθαριστεί. Η πλευρά του κελύφους έχει διαφράγματα που κατευθύνουν τη ροή του ρευστού κατά μήκος των δεσμίδων σωλήνων.
Τα παχύρρευστα ρευστά και τα ρευστά με υψηλό ρυθμό ροής υποβάλλονται σε επεξεργασία μέσω της πλευράς του κελύφους όπου υπάρχει αυξημένος στροβιλισμός και αυξημένος συντελεστής μεταφοράς που οδηγεί σε βελτιωμένη μεταφορά θερμότητας. Μεγάλες αλλαγές θερμοκρασίας πραγματοποιούνται συνήθως στην πλευρά του κελύφους.
Πλευρά σωλήνα
Μια αναγκαιότητα στην πλευρά του σωλήνα είναι η δημιουργία τυρβώδους ροής. Αυτό επιτυγχάνεται με την εγκατάσταση στροβιλιστών μέσα στους σωλήνες μέσω των οπών στο φύλλο σωλήνα. Όπως οι αναταράξεις στο κέλυφος, οι αναταράξεις στους σωλήνες αυξάνουν την ικανότητα μεταφοράς θερμότητας. Μια δευτερεύουσα λειτουργία των στροβιλιστών είναι να διατηρούν το εσωτερικό των σωλήνων καθαρό και χωρίς ρύπους. Οι σωλήνες έχουν χαμηλότερο στροβιλισμό και πτώση πίεσης και παρέχουν βελτιωμένη ροή.
Πάσες
Οι εναλλάκτες θερμότητας κελύφους και σωλήνων μπορούν να έχουν ένα, δύο, τέσσερα, έξι ή οκτώ περάσματα, τα οποία γράφονται 1-1, 1-2, 1-4 και ούτω καθεξής. Ο πρώτος αριθμός είναι ο αριθμός των κελυφών. Ο δεύτερος αριθμός είναι ο αριθμός των περασμάτων. Ο αριθμός των διελεύσεων είναι ο αριθμός των φορών που το ρευστό περνά μέσα από το ρευστό στο κέλυφος. Σε έναν εναλλάκτη θερμότητας μονής διέλευσης, το ρευστό περνάει από το κέλυφος μία φορά. Καθώς ο αριθμός των περασμάτων αυξάνεται, ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας αυξάνεται.
Ένας λειτουργικός εναλλάκτης θερμότητας κελύφους και σωλήνα
Όπως φαίνεται στο γράφημα, το κρύο υγρό εισέρχεται μέσω του σωλήνα ή της εισόδου του κελύφους και θερμαίνεται με αγώγιμη θέρμανση στους σωλήνες. στη συνέχεια εξέρχεται από επεξεργασία. Η παρακάτω εικόνα είναι ένας εναλλάκτης θερμότητας δύο περασμάτων κελύφους και σωλήνων.
Η τυρβώδης ροή σε έναν εναλλάκτη θερμότητας κελύφους και σωλήνα αυξάνει τον ρυθμό μεταφοράς θερμότητας και αποφεύγει τη δημιουργία ρύπων στους σωλήνες και τα τοιχώματα του κελύφους. Η σταθερή τυρβώδης ροή έχει ένα αποτέλεσμα αυτοκαθαρισμού που εξασφαλίζει συνεχή και βέλτιστη απόδοση. Τα διαφράγματα που κατευθύνουν τη ροή στο κέλυφος δημιουργούν τον στροβιλισμό του ενώ οι στροβιλιστές που είναι εγκατεστημένοι στους σωλήνες δημιουργούν τον στροβιλισμό του.
Η διαδικασία ανταλλαγής θερμότητας διευκολύνεται από τη θερμική επαφή μεταξύ των δύο ρευστών που περιέχονται στο κέλυφος και τους σωλήνες. Το ένα από τα υγρά αφήνει πιο δροσερό ενώ το άλλο πιο ζεστό ή ζεστό.