آرایش سری مبدلهای حرارتی به منظور کنترل شرایط تقاطع دمایی در مبدل ها مورد استفاده قرار میگیرند، اما وضعیتهایی هم وجود دارد که به وسیله این آرایش می توان از افت فشار مجاز به صورت بسیار موثرتری استفاده نمود. در این مقاله به این وضعیتها می پردازیم .
به منظور وضعیتهای تقاطع دمایی
وضعیت تقاطع دمایی هنگامی اتفاق می افتد که دمای خروجی جریان سرد بیشتر از دمای خروجی جریان گرم باشد. این وضعیت برای کاربردهای بازیافت گرما نظیر مبدلهای تغذیه/انتهایی راکتور ها، نمک زداها و ستونهای تقطیر بسیار رایج است. از علم ترمودینامیک میدانیم که مبدل حرارتی که دارای پوسته یک پاس و تیوبهای دوپاس یا بیشتر است، نمیتواند به وضعیت تقاطع دمایی برسد چون یک پاس آن جریان مخالف و پاس دیگر آن جریان موازی است. یک مبدل یک به یک ( مبدل جریان مخالف خالص) میتواند به وضعیت تقاطع دمایی برسد اما مبدل ها همواره نیاز به بیش از یک پاس تیوب دارند تا بتوانند به سرعت قابل قبول در سمت تیوب و درنتیجه به ضریب انتقال حرارت مطلوب در سمت تیوب برسند. بهترین حالتی که یک مبدل حرارتی ۱ به ۲ می تواند به آن برسد یک وضعیت دمایی خروجی مساوی است که در آن دماهای خروجیهای سیال سرد و سیال گرم با یکدیگر مساوی هستند.
بنابراین اگر شرط تقاطع دمایی حاصل گردد، چند پوسته در آرایش سری مورد نیاز است. تعداد پوسته ها در حالت سری بستگی به حدی دارد که تقاطع دمایی در آن اتفاق افتاده است. هرچه تقاطع دمایی بالاتر باشد ، تعداد پوسته های مورد نیاز در آرایش سری نیز بیشتر می شود. به منظور تعیین تعداد پوسته های مورد نیاز برای یک کاربرد تقاطع دمایی خاص ، یک ساختار افقی و خطوط
به جهت استفاده بهتر از افت فشار مجاز
همانطور که در بالا اشاره شد، آرایش چند پوسته ای به طور کلی زمانی استفاده می شود که تقاطع دمایی وجود داشته باشد که در این حالت جریان مخالف خالص قابل دستیابی نیست. اگرچه گاهی اوقات سرعت جریان سمت پوسته آنقدر کم است که با یک پوسته و بافلهایی که تا حد امکان نزدیک به یکدیگر قرار داده شده اند، افت فشار بیش از حد پایین بوده و در نتیجه ضریب انتقال حرارت نیز کاهش می یابد. در چنین مواردی بهتر است که از دو پوسته و یا حتی بیشتر ، به صورت آرایش سری استفاده گردد چون می تواند منجر به طراحی ارزانتر از طریق دستیابی به ضریب انتقال حرارت خیلی بالاتر در سمت پوسته گردد.
به جهت بهبود فاکتور تصحیح توسعه یافتگی دمایی
یک دلیل دیگر برای استفاده از تعداد دو یا بیشتر پوسته در آرایش سری، بهبود فاکتور تصحیح توسعه یافتگی دمایی است که در مقالات آتی برای این نوع آرایش مبدل نیز مثالهایی ارایه خواهیم نمود.