Làm thế nào để các bộ trao đổi nhiệt công nghiệp giảm thiểu nguy cơ sốc nhiệt hoặc thiệt hại do thay đổi nhiệt độ nhanh giữa các chất lỏng?

Các vật liệu được sử dụng trong Trao đổi nhiệt công nghiệp được chọn cho khả năng chống lại sự thay đổi nhiệt độ nhanh chóng mà không bị lỗi cấu trúc. Ví dụ, các kim loại hiệu suất cao như thép không gỉ, titan và hợp kim đồng thường được sử dụng vì khả năng chống căng thẳng và ăn mòn nhiệt đặc biệt. Những vật liệu này có độ dẫn nhiệt cao, tạo điều kiện truyền nhiệt hiệu quả trong khi duy trì tính toàn vẹn cấu trúc dưới nhiệt độ dao động. Các đặc tính mở rộng nhiệt vốn có của chúng được hiểu rõ, đảm bảo chúng có thể mở rộng và co lại mà không gây ra vết nứt hoặc biến dạng. Đối với các ứng dụng đặc biệt ở nhiệt độ cao, các hợp kim dựa trên niken hoặc lớp phủ gốm cũng có thể được sử dụng để đảm bảo độ bền trong điều kiện khắc nghiệt.

Để tránh nguy cơ sốc nhiệt, nhiều bộ trao đổi nhiệt công nghiệp kết hợp các tính năng thiết kế cho phép chuyển đổi nhiệt độ được kiểm soát hoặc dần dần. Chẳng hạn, các bộ trao đổi nhiệt đa dòng hoặc nhiều giai đoạn thường được sử dụng để quản lý thay đổi nhiệt độ trong một loạt các bước, thay vì khiến hệ thống phải thay đổi đột ngột. Các bộ trao đổi nhiệt đa đường sử dụng nhiều giai đoạn của dòng chất lỏng, do đó làm giảm độ dốc nhiệt độ giữa chất lỏng đi vào và thoát khỏi hệ thống. Trong một số thiết kế, các cơ chế làm nóng trước hoặc làm mát trước có thể được tích hợp để dần dần đưa chất lỏng đến gần hơn với nhiệt độ cân bằng trước khi chúng đi vào bộ trao đổi nhiệt, làm giảm nguy cơ bị sốc nhiệt.

Mở rộng nhiệt là một trong những nguyên nhân gây thiệt hại chính do sốc nhiệt. Trao đổi nhiệt công nghiệp giải quyết vấn đề này bằng cách thiết kế các cơ chế cho phép di chuyển tự do của các thành phần khi chúng mở rộng hoặc co lại với những thay đổi về nhiệt độ. Các khớp mở rộng và ống thổi thường được sử dụng để hấp thụ chuyển động nhiệt và ngăn chặn các ứng suất trên cấu trúc trao đổi nhiệt. Các thành phần này cung cấp tính linh hoạt trong các khu vực có khả năng mở rộng, chẳng hạn như các bó vỏ hoặc ống. Một số thiết kế cũng bao gồm các hệ thống lắp có rãnh cho phép chuyển động nhẹ trong hệ thống, đảm bảo bộ trao đổi nhiệt vẫn có cấu trúc âm thanh mặc dù nhiệt độ dao động.

Vật liệu cách điện được áp dụng cho bên ngoài của bộ trao đổi nhiệt để bảo vệ các thành phần bên trong khỏi các cực trị nhiệt độ bên ngoài. Cách điện này hoạt động như một bộ đệm nhiệt, làm giảm khả năng thay đổi nhiệt độ đột ngột ảnh hưởng trực tiếp đến bộ trao đổi nhiệt. Lớp phủ bảo vệ được áp dụng cho các bề mặt của các bộ trao đổi nhiệt để cung cấp một lớp phòng thủ bổ sung. Những lớp phủ này thường chịu nhiệt, ngăn ngừa các vấn đề như nứt và hao mòn từ đạp xe nhiệt. Trong môi trường có nguy cơ cao, có thể sử dụng lớp phủ hàng rào hoặc lớp phủ gốm, được thiết kế đặc biệt để chống lại sự thay đổi nhiệt độ khắc nghiệt mà không bị suy giảm.

Tốc độ mà chất lỏng chảy qua bộ trao đổi nhiệt có tác động đáng kể đến hiệu suất nhiệt của nó. Bằng cách điều chỉnh tốc độ dòng chảy, người dùng có thể giảm thiểu chênh lệch nhiệt độ giữa chất lỏng nóng và lạnh, làm giảm khả năng gây sốc nhiệt. Bơm tốc độ thay đổi và van điều khiển dòng chảy có thể được sử dụng để điều chỉnh dòng chất lỏng động dựa trên nhiệt độ của chất lỏng vào. Tốc độ dòng chảy chậm hơn cho phép truyền nhiệt dần dần hơn, đảm bảo rằng không có dao động nhiệt độ đột ngột có thể gây căng thẳng cho các thành phần bên trong của bộ trao đổi nhiệt. Hệ thống điều chỉnh tốc độ dòng tự động có thể giúp tối ưu hóa quá trình truyền nhiệt trong thời gian thực, do đó làm giảm ứng suất nhiệt.