Lo scambiatore di calore tubolare, noto anche come scambiatore di calore a fascio tubiero o scambiatore di calore a fascio tubiero, è un tipo di scambiatore di calore interparete che utilizza la superficie della parete di un fascio tubiero racchiuso all'interno di un guscio come superficie di trasferimento del calore. È lo scambiatore di calore interparete più tipico. Di seguito è riportata un'introduzione dettagliata alle sue funzionalità:
Composizione strutturale: è costituita principalmente da un guscio, un fascio tubiero, piastre tubiere e collettori. Il guscio è tipicamente cilindrico e contiene un fascio tubiero parallelo, con entrambe le estremità del fascio tubiero fissate alle piastre tubiere. Per migliorare il coefficiente di scambio termico del fluido all'esterno dei tubi, all'interno del mantello vengono solitamente installati un certo numero di setti trasversali. I tipi comuni di deflettori includono design segmentali e a forma di disco.
Principio di funzionamento: due fluidi scorrono rispettivamente all'interno e all'esterno dei tubi. Il percorso del flusso all'interno dei tubi è chiamato lato tubo, mentre il percorso del flusso all'esterno dei tubi è chiamato lato mantello. La superficie della parete del fascio tubiero funge da superficie di trasferimento del calore. Il fluido caldo trasferisce il calore alla parete del tubo tramite convezione, quindi il calore viene quindi condotto attraverso la parete del tubo al fluido freddo sull'altro lato, completando il processo di scambio di calore.
Classificazioni comuni
Scambiatore di calore a piastra tubiera fissa: le piastre tubiere su entrambe le estremità sono saldate direttamente al mantello. È caratterizzato da una struttura semplice, basso costo, facilità di produzione e comoda pulizia e manutenzione del lato del tubo. Tuttavia, la pulizia del lato mantello è difficile e nel fascio tubiero dopo la produzione è presente uno stress termico. Quando c'è una differenza di temperatura significativa tra i tubi e il mantello, è necessario installare un giunto di dilatazione sul mantello.
Scambiatore di calore a testa flottante: una piastra tubiera è fissata tra il mantello e la scatola tubiera, mentre l'altra piastra tubiera può muoversi liberamente all'interno del mantello. Questo design consente la libera dilatazione termica del fascio tubiero e del mantello, eliminando lo stress termico. Il fascio tubiero può essere facilmente rimosso e reinstallato, facilitando la pulizia e la manutenzione. Tuttavia, la struttura è relativamente complessa e i requisiti di tenuta sono più elevati.
Scambiatore di calore con tubo a U: i tubi di scambio di calore sono piegati a forma di U e fissati alla stessa piastra tubiera su entrambe le estremità. Poiché il mantello e i tubi sono separati, il fascio tubiero può dilatarsi e contrarsi liberamente senza generare stress termici. La struttura è relativamente semplice e il fascio tubiero può essere facilmente rimosso e reinstallato per la pulizia. Tuttavia, sostituire i tubi danneggiati è difficile e gli spazi vuoti al centro del fascio tubiero possono influire sull’efficienza del trasferimento di calore.
Caratteristiche prestazionali: rispetto ai moderni scambiatori di calore, gli scambiatori di calore tubolari sono meno efficienti in termini di efficienza di trasferimento di calore, compattezza strutturale e consumo di materiale metallico. Tuttavia, la loro struttura semplice, il basso costo, la capacità di resistere a temperature e pressioni elevate, i processi di produzione maturi, la forte adattabilità e l’ampia gamma di opzioni di materiali li rendono dominanti nelle applicazioni ingegneristiche.