Das Konzept und die Funktionsweise eines Rohrbündelwärmetauschers sind recht einfach und basieren auf der Strömung und dem thermischen Kontakt zweier Flüssigkeiten. Der Name Rohrbündelwärmetauscher dient zur Erklärung des Prozesses, bei dem es sich um den Temperaturaustausch zwischen zwei Flüssigkeiten handelt. In einem Wärmetauscher umströmt ein erwärmtes oder heißes Fluid ein kaltes Fluid und überträgt Wärme in Strömungsrichtung des kalten Fluids.
In jeder Situation, in der zwei Materialstücke in Kontakt kommen, findet ein Wärmeaustausch oder eine Wärmeübertragung über eine leitende Oberfläche statt. Der Prozess eines Rohrbündelwärmetauschers bietet zwei Flüssigkeiten die Möglichkeit, Wärme über leitfähige Metalle auszutauschen oder zu übertragen.
Beim Rohrbündelwärmetauscherprozess fließt eine Flüssigkeit durch die Rohre, während die andere Flüssigkeit durch den Mantel fließt. In der Abbildung unten, die einen Rohrbündelwärmetauscher mit geraden Rohren zeigt, befindet sich der Manteleinlass für die Mantelflüssigkeit oben und der Einlass für die Rohrflüssigkeit unten rechts.
Ein Rohrbündelwärmetauscher besteht aus zwei Abteilungen oder Abschnitten: der Mantelseite und der Rohrseite. Bei der Arbeit mit einem Rohrbündelwärmetauscher ist es wichtig zu entscheiden, auf welcher Seite das heiße Fluid eintritt und auf welcher Seite das kalte Fluid eintritt; Diese Entscheidung wird als Flüssigkeitszuteilung bezeichnet.
Wenn ein Druckunterschied zwischen den Flüssigkeiten besteht, tritt die Flüssigkeit mit niedrigerem Druck durch den Gehäuseeinlass ein, da die Rohre für hohen Druck ausgelegt sind.
Muschelseite
Bei der Bestimmung des Flüssigkeitsflusses für die Mantelseite ist es wichtig zu wissen, dass die Herstellung des Mantels teurer ist als die der Rohre und schwieriger zu reinigen ist. Auf der Mantelseite befinden sich Leitbleche, die den Flüssigkeitsstrom über die Rohrbündel lenken.
Viskose Flüssigkeiten und Flüssigkeiten mit hoher Strömungsgeschwindigkeit werden durch die Mantelseite verarbeitet, wo es zu erhöhter Turbulenz und einem erhöhten Übertragungskoeffizienten kommt, was zu einer verbesserten Wärmeübertragung führt. Große Temperaturänderungen werden normalerweise auf der Mantelseite durchgeführt.
Rohrseite
Eine Notwendigkeit auf der Rohrseite besteht darin, eine turbulente Strömung zu erzeugen; Dies wird durch den Einbau von Turbulatoren in die Rohre durch die Löcher im Rohrboden erreicht. Ebenso wie die Turbulenzen im Mantel erhöhen die Turbulenzen in den Rohren die Wärmeübertragungskapazität. Eine sekundäre Funktion der Turbulatoren besteht darin, das Innere der Rohre sauber und frei von Verschmutzungen zu halten. Rohre haben geringere Turbulenzen und Druckverluste und sorgen für eine stromlinienförmige Strömung.
Pässe
Rohrbündelwärmetauscher können einen, zwei, vier, sechs oder acht Durchgänge haben, die als 1-1, 1-2, 1-4 usw. bezeichnet werden. Die erste Zahl ist die Anzahl der Muscheln. Die zweite Zahl ist die Anzahl der Durchgänge. Die Anzahl der Durchgänge gibt an, wie oft die Flüssigkeit die Flüssigkeit in der Hülle durchquert. Bei einem Single-Pass-Wärmetauscher durchläuft die Flüssigkeit einmal den Mantel. Mit zunehmender Anzahl der Durchgänge erhöht sich der Wärmeübergangskoeffizient.
Ein funktionierender Rohrbündelwärmetauscher
Wie in der Grafik zu sehen ist, dringt kalte Flüssigkeit durch den Rohr- oder Manteleinlass ein und wird durch konduktive Erwärmung in den Rohren erhitzt; Es wird dann verarbeitet. Das Bild unten zeigt einen Rohrbündelwärmetauscher mit zwei Durchgängen.
Die turbulente Strömung in einem Rohrbündelwärmetauscher erhöht die Wärmeübertragungsrate und vermeidet Verschmutzungen in den Rohren und Rohrwänden. Die konstante turbulente Strömung hat einen Selbstreinigungseffekt, der eine kontinuierliche und optimale Leistung gewährleistet. Leitbleche, die die Strömung in der Schale lenken, erzeugen ihre Turbulenz, während in den Rohren installierte Turbulatoren ihre Turbulenz erzeugen.
Der Wärmeaustauschprozess wird durch den thermischen Kontakt zwischen den beiden im Mantel und den Rohren enthaltenen Flüssigkeiten erleichtert. Eine der Flüssigkeiten bleibt kühler, während die andere wärmer oder heißer bleibt.