Schimbătorul de căldură elicoidal este o clasă de schimbătoare de căldură , a căror caracteristică distinctivă este viteza mare de trecere a mediului. Conform principiului de funcționare, acestea sunt împărțite în trei grupe: schimbătoare de căldură tub-în-tub de mare viteză, schimbătoare de căldură cu tub și tub de mare viteză și schimbătoare de căldură intensificate. Într-un mediu profesional, se folosește și denumirea de schimbător de căldură de mare viteză . Toate schimbătoarele de căldură elicoidale sunt în esență recuperatoare, deoarece căldura este transferată de la un purtător de căldură la altul în mod continuu prin perete.
Este cel mai simplu schimbător de căldură, adesea asamblat manual din materiale improvizate (două țevi de diametre diferite introduse una în cealaltă). Toate schimbătoarele de căldură tub-în-tub sunt de mare viteză datorită absenței obstacolelor și, ca urmare, rezistenței hidraulice scăzute [1] [2] .
Principiul de funcționare al unui astfel de aparat constă în trecerea unui lichid de răcire la presiune mare prin conducta interioară, în timp ce mediul încălzit trece prin conducta exterioară [2] .
Acest tip de schimbător de căldură este format din trei părți: un corp (carcasa), un fascicul de tuburi și deflectoare. fascicul de tuburi este sudat prin foile tubulare la capetele carcasei. Principala diferență față de aparatele convenționale cu carcasă și tub este prezența partițiilor care măresc viteza lichidului de răcire [3] .
Acesta este un schimbător de căldură, care este un mănunchi de tuburi profilate din material rezistent la coroziune (oțel inoxidabil sau titan) fixat într-un corp cu cusătură în spirală, prin pereții căruia căldura este transferată din fluxul mediului de încălzire către debitul mediului încălzit. Tuburile au profil elicoid . Principala diferență între schimbătoarele de căldură cu acest design constă tocmai în suprafața profilată de schimb de căldură a tuburilor. Bazele acestui design au fost dezvoltate încă din vremea URSS [4] .
Principiul de funcționare al schimbătoarelor de căldură de mare viteză se bazează pe fenomenul de intensificare a schimbului de căldură între fluxurile de purtători de căldură în mișcare în timpul turbionării lor simultane. Învârtirea fluxurilor de mare viteză duce la modificarea stării lor hidraulice, crește energia cinetică a mișcării, creează turbulențe și amestecare suplimentară a straturilor în interiorul purtătorilor de căldură, ceea ce duce la valori optime ale indicatorilor de transfer de căldură. Mișcarea în vortex a fluxului este însoțită de o scădere a rezistenței hidraulice a aparatului și de efectul de autocurățare a suprafețelor de încălzire de depuneri [5] [6] .
Rotirea fluxului de mediu care trece prin spațiul țevilor se realizează prin schimbarea profilului țevilor ( suprafața elicoidă ). Învârtirea fluxului de mediu care trece prin spațiul inelar se realizează datorită cusăturii spiralate a corpului și a aranjamentului neregulat al țevilor fasciculului de tuburi [7] [8] [9] .
Pe lângă funcția de răsucire a fluxurilor, componentele șuruburilor ale tuburilor și ale corpului sunt un fel de rigidizări structurale. Posibilitatea utilizării tablei de oțel la fabricarea corpului și a tuburilor fasciculului de tuburi duce la o reducere a greutății aparatului. Această soluție este neconvențională în producția de schimbătoare de căldură standard care utilizează grosimea peretelui pentru a îmbunătăți proprietățile de rezistență ale structurilor [10] .
Datorită luminării și compactării fasciculului de tuburi în elementele de susținere (foi tubulare) din materiale polimerice, suprafața maximă posibilă de schimb de căldură se realizează în dispozitivele de mare viteză.
Caracteristici Materialele disponibile rezistente la coroziune sunt utilizate pentru corp și fascicul de tuburi: oțel inoxidabil AISI 316 sau aliaje de titan. Dispozitivele sunt realizate în funcție de parametri și moduri de funcționare individuale. În conformitate cu caracteristicile lor de inginerie termică și de proiectare, dispozitivele de acest tip sunt un înlocuitor eficient pentru încălzitoarele cu plăci și carcasă și tuburi. Dezavantajele includ o mai mare sensibilitate la mediu - cu caracteristici selectate incorect, eficiența scade semnificativ [11] .