Os trocadores de calor de placas surgiram na década de 1920 e foram aplicados na indústria de alimentos. O trocador de calor feito de tubo de placa é compacto em estrutura e tem um bom efeito de transferência de calor, por isso se transformou gradualmente em várias formas. No início da década de 1930, a Suécia fez seu primeiro trocador de calor em placa em espiral. Em seguida, o Reino Unido usou a brasagem para fabricar um trocador de calor de aletas de placa feito de cobre e seus materiais de liga para a dissipação de calor dos motores de aeronaves. No final da década de 1930, a Suécia produziu o primeiro trocador de calor da placa e da concha para uso em moinhos de celulose. Durante esse período, para resolver o problema de transferência de calor de mídia altamente corrosiva, as pessoas começaram a prestar atenção aos trocadores de calor feitos de novos materiais.
Por volta da década de 1960, devido ao rápido desenvolvimento da tecnologia espacial e da ciência de ponta, havia uma necessidade urgente de vários trocadores de calor eficientes e compactos. Além disso, o desenvolvimento de tecnologias de estampagem, brasagem e vedação melhorou ainda mais o processo de fabricação dos trocadores de calor, promovendo assim o desenvolvimento vigoroso e a aplicação generalizada de trocadores de calor compactos de placas. Além disso, desde a década de 1960, os trocadores de calor típicos de concha e tubo foram desenvolvidos para atender às necessidades de transferência de calor e conservação de energia sob condições de alta temperatura e pressão. No meio -1970 s, a fim de melhorar a transferência de calor, os trocadores de calor do tubo de calor foram criados com base na pesquisa e no desenvolvimento de tubos de calor.
Os trocadores de calor podem ser classificados em três tipos com base em seus métodos de transferência de calor: híbrido, armazenamento de calor e tipo de partição.
Um trocador de calor híbrido é um trocador de calor que troca calor por meio de contato direto e mistura de fluidos frios e quentes, também conhecidos como trocador de calor de contato. Devido à necessidade de separação oportuna após troca de calor entre dois fluidos, esse tipo de trocador de calor é adequado para a troca de calor entre os fluidos de gás e líquido. Por exemplo, nas torres de resfriamento usadas em usinas químicas e usinas, a água quente é pulverizada de cima para baixo, enquanto o ar frio é sugado de baixo para cima. Na superfície do filme de água ou gotículas e gotículas de água do material de enchimento, água quente e ar frio entram em contato um com o outro para troca de calor. A água quente é resfriada e o ar frio é aquecido e, em seguida, a separação oportuna é alcançada pela diferença de densidade entre os dois fluidos.
O trocador de calor regenerativo é um trocador de calor que usa fluxo alternado de fluidos frios e quentes através da superfície do corpo de armazenamento de calor (embalagem) na câmara de armazenamento de calor para trocar calor, como a câmara de armazenamento de calor abaixo do forno de coque para pré -aquecer o ar. Esse tipo de trocador de calor é usado principalmente para recuperar e utilizar o calor dos gases de escape de alta temperatura. Equipamento semelhante projetado com o objetivo de recuperar a capacidade de resfriamento é chamado de dispositivo de armazenamento a frio, que é comumente usado em unidades de separação de ar.
Um trocador de calor do tipo parede é um tipo de trocador de calor no qual os fluidos frios e quentes são separados por paredes sólidas e o calor é trocado pelas paredes. Portanto, também é conhecido como trocador de calor de superfície, e esse tipo de trocador de calor é amplamente utilizado.
Os trocadores de calor da parede podem ser classificados no tipo de tubo, tipo de placa e outros tipos com base na estrutura da superfície de transferência de calor. Os trocadores de calor do tubo usam a superfície dos tubos como superfície de transferência de calor, incluindo trocadores de calor de serpentina, trocadores de calor jaquetos e trocadores de calor de concha e tubo; Trocadores de calor da superfície da placa usam a superfície da placa como superfície de transferência de calor, incluindo trocadores de calor de placa, trocadores de calor em placa em espiral, trocadores de calor da albatéia da placa, trocadores de calor de casca de placa e trocadores de calor de placas de guarda -chuva; Outros tipos de trocadores de calor são projetados para atender a certos requisitos especiais, como trocadores de calor de superfície raspados, trocadores de calor de disco rotativo e refrigeradores de ar.
A direção relativa do fluxo do fluido em um trocador de calor geralmente inclui dois tipos: corrente de CO e contra -corrente. Ao fluir a jusante, a diferença de temperatura entre os dois fluidos na entrada é a maior e gradualmente diminui ao longo da superfície de transferência de calor, atingindo a diferença mínima de temperatura na saída. Ao fluir ao contrário, a distribuição da diferença de temperatura entre os dois fluidos ao longo da superfície de transferência de calor é relativamente uniforme. Sob a condição das temperaturas constantes de entrada e saída dos fluidos frios e quentes, quando não há mudança de fase nos dois fluidos, a diferença média de temperatura entre o upstream e a jusante é o máximo e o mínimo.
Sob as mesmas condições de transferência de calor, o uso do contador pode aumentar a diferença média de temperatura e reduzir a área de transferência de calor do trocador de calor; Se a área de transferência de calor permanecer inalterada, o uso do contador poderá reduzir o consumo de fluido de aquecimento ou resfriamento. O primeiro pode economizar custos de equipamento, enquanto o último pode economizar custos operacionais, portanto, a troca de calor contra a corrente deve ser adotada o máximo possível no design ou no uso da produção.
Quando há uma mudança de fase (ebulição ou condensação) em um ou em ambos os fluidos frios e quentes, a temperatura do fluido em si permanece inalterada devido à liberação ou absorção do calor latente de vaporização durante a mudança de fase. Portanto, as temperaturas de entrada e saída do fluido são iguais e a diferença de temperatura entre os dois fluidos é independente da direção do fluxo do fluido. Além dos dois tipos de fluxo externo, a saber, fluxo para frente e fluxo reverso, também existem direções como fluxo cruzado e deflexão.
Reduzir a resistência térmica no trocador de calor da parede durante a transferência de calor é uma questão importante para melhorar o coeficiente de transferência de calor. A resistência térmica vem principalmente da fina camada de fluido (chamada de camada limite) aderida à superfície de transferência de calor em ambos os lados da parede da partição, e a camada de incrustação formada em ambos os lados da parede durante o uso do trocador de calor. A resistência térmica da parede de metal é relativamente pequena.
Aumentar a velocidade de fluxo e a perturbação do fluido pode diminuir a camada limite, reduzir a resistência térmica e melhorar o coeficiente de transferência de calor. No entanto, o aumento da taxa de fluxo de fluido aumentará o consumo de energia, portanto, uma coordenação razoável deve ser feita entre reduzir a resistência térmica e o consumo de energia durante o projeto. Para reduzir a resistência térmica da sujeira, podem ser feitos esforços para retardar a formação da sujeira e limpar regularmente a superfície de transferência de calor.
Geralmente, os trocadores de calor são feitos de materiais metálicos, entre os quais aço carbono e o aço de baixa liga são usados principalmente para fabricar trocadores de calor de média e baixa pressão; Além de ser usado principalmente para diferentes condições de resistência à corrosão, o aço inoxidável austenítico também pode ser usado como material resistente a temperaturas altas e baixas; Cobre, alumínio e suas ligas são comumente usadas na fabricação de trocadores de calor de baixa temperatura; As ligas de níquel são usadas sob condições de alta temperatura; Além de fazer peças de junta, alguns materiais não metálicos foram usados para fazer trocadores de calor resistentes à corrosão, como trocadores de calor de grafite, trocadores de calor fluoroplásicos e trocadores de calor de vidro.