المبادل الحراري الأنبوبي، المعروف أيضًا باسم المبادل الحراري للقشرة والأنبوب أو المبادل الحراري لحزمة الأنبوب، هو نوع من المبادلات الحرارية بين الجدران التي تستخدم سطح جدار حزمة الأنبوب المغلقة داخل الغلاف كسطح لنقل الحرارة. إنه المبادل الحراري الأكثر شيوعًا بين الجدران. وفيما يلي مقدمة مفصلة عن ميزاته:
التركيب الهيكلي: يتكون بشكل أساسي من غلاف، حزمة أنبوبية، صفائح أنبوبية، ورؤوس. تكون القشرة عادةً أسطوانية وتحتوي على حزمة أنابيب متوازية، مع تثبيت طرفي حزمة الأنابيب على صفائح الأنابيب. لتعزيز معامل انتقال الحرارة للسائل خارج الأنابيب، عادة ما يتم تركيب عدد معين من الحواجز العرضية داخل الغلاف. تشمل الأنواع الشائعة من الحواجز تصميمات مقطعية وعلى شكل قرص.
مبدأ العمل: يتدفق سائلان داخل الأنابيب وخارجها، على التوالي. ويسمى مسار التدفق داخل الأنابيب جانب الأنبوب، بينما يسمى مسار التدفق خارج الأنابيب جانب الصدفة. يعمل سطح جدار حزمة الأنبوب كسطح نقل الحرارة. ينقل السائل الساخن الحرارة إلى جدار الأنبوب عبر الحمل الحراري، ثم يتم نقل الحرارة عبر جدار الأنبوب إلى السائل البارد على الجانب الآخر، لتكتمل عملية التبادل الحراري.
التصنيفات المشتركة
المبادل الحراري لصفائح الأنبوب الثابت: يتم لحام صفائح الأنبوب عند كلا الطرفين مباشرة بالقشرة. إنه يتميز بالهيكل البسيط، التكلفة المنخفضة، سهولة التصنيع، التنظيف والصيانة المريحة لجانب الأنبوب. ومع ذلك، فإن تنظيف جانب القشرة أمر صعب، كما يوجد إجهاد حراري في حزمة الأنابيب بعد التصنيع. عندما يكون هناك اختلاف كبير في درجة الحرارة بين الأنابيب والقشرة، يجب تركيب وصلة تمدد على الغلاف.
المبادل الحراري ذو الرأس العائم: يتم تثبيت لوح أنبوبي واحد بين الغلاف وصندوق الأنبوب، بينما يمكن لصفيحة الأنبوب الأخرى أن تتحرك بحرية داخل الغلاف. يسمح هذا التصميم بالتمدد الحراري لحزمة الأنبوب والغطاء، مما يزيل الضغط الحراري. يمكن إزالة وإعادة تركيب حزمة الأنابيب بسهولة، مما يسهل عملية التنظيف والصيانة. ومع ذلك، فإن الهيكل معقد نسبيًا، ومتطلبات الختم أعلى.
المبادل الحراري على شكل حرف U: يتم ثني أنابيب التبادل الحراري على شكل حرف U وتثبيتها على نفس ورقة الأنبوب عند كلا الطرفين. نظرًا لأن الغلاف والأنابيب منفصلان، فإن حزمة الأنبوب يمكن أن تتوسع وتتقلص بحرية دون توليد إجهاد حراري. الهيكل بسيط نسبيًا، ويمكن بسهولة إزالة حزمة الأنابيب وإعادة تركيبها للتنظيف. ومع ذلك، من الصعب استبدال الأنابيب التالفة، وقد تؤثر الفجوات الموجودة في وسط حزمة الأنابيب على كفاءة نقل الحرارة.
خصائص الأداء: بالمقارنة مع المبادلات الحرارية الحديثة، تعتبر المبادلات الحرارية الأنبوبية أقل كفاءة من حيث كفاءة نقل الحرارة، والاكتناز الهيكلي، واستهلاك المواد المعدنية. ومع ذلك، فإن هيكلها البسيط، والتكلفة المنخفضة، والقدرة على تحمل درجات الحرارة والضغوط العالية، وعمليات التصنيع الناضجة، والقدرة على التكيف القوية، ومجموعة واسعة من خيارات المواد تجعلها مهيمنة في التطبيقات الهندسية.