metallurgy12
عضو انجمن
مقدمه و تعریف بافل
بافل یا منحرف کننده جریان سیال، همانطور که از نامش پیداست، تیغه ای است که در مسیر سیال قرار گرفته و جهت آن را تغییر می دهد یا باعث توقف آن می شود. این وسیله در واقع یکی از اجزای مبدل های حرارتی است و وظیفه اصلی آن ایجاد نوعی آشفتگی با هدف تغییر در شکل حرکت مایع در مخزن یا جلوگیری از سرریز شدن آن می باشد. بافل با نصب روی دیواره داخلی مبدل، میزان اختلاط مواد را بالا برده و در نتیجه باعث افزایش انتقال حرارت و سرعت واکنش های شیمیایی می شود.
عملکرد بافل
بافل یکی از حیاتی ترین اجزای ساختمان مبدل های حرارتی پوسته و لوله محسوب می شود (مبدل حرارتی پوسته و لوله متشکل از دسته ای تیوب است که درون یک پوسته سیلندری شکل جاسازی شده اند). این صفحات فلزی با نصب در طول مبدل، سه نوع کارکرد را دنبال می کنند که هر یک به تنهایی دارای اهمیتی ویژه در عملکرد صحیح دستگاه می باشند.
1-بافل، حمایتگری فیزیکی برای تیوب بندل می باشد (قسمتی که سطوح انتقال حرارت در آن قرار داشته و فرآیند انتقال انرژی از سیال گرم به سیال سرد را ممکن می سازد).
2-این وسیله باعث ایجاد و حفظ فضا بین تیوب ها شده و از ارتعاش، شکست و خم شدن تیوب ها در حین وقوع لرزش های ناشی از تغییر نرخ جریان یا انتقال حرارت جلوگیری می کند.
3-هم چنین تعیین کننده جهت جریان در سمت پوسته است.
تعیین جهت جریان به شدت متغیر بوده و نقشی حیاتی در بهره وری و راندمان مبدل حرارتی ایفا می کند.
1-بافل، حمایتگری فیزیکی برای تیوب بندل می باشد (قسمتی که سطوح انتقال حرارت در آن قرار داشته و فرآیند انتقال انرژی از سیال گرم به سیال سرد را ممکن می سازد).
2-این وسیله باعث ایجاد و حفظ فضا بین تیوب ها شده و از ارتعاش، شکست و خم شدن تیوب ها در حین وقوع لرزش های ناشی از تغییر نرخ جریان یا انتقال حرارت جلوگیری می کند.
3-هم چنین تعیین کننده جهت جریان در سمت پوسته است.
تعیین جهت جریان به شدت متغیر بوده و نقشی حیاتی در بهره وری و راندمان مبدل حرارتی ایفا می کند.
مواد ساخت بافل
محیطی که بافل قرار است در آن بکار برده شود، مرطوب و خورنده است و دارای دمایی بالا می باشد. بنابراین در بحث انتخاب مواد ساخت باید خواصی چون ضد خورندگی و مقاومت در برابر حرارت برای آلیاژهای انتخابی مدنظر قرار گیرد. یکی از آلیاژهای ترجیحی در چنین کاربردی نوعی ورق استیل نگیر تحت عنوان ورق استیل 309 می باشد. ورق استیل 309 آلیاژی زنگ نزن و مقاوم به حرارت است و با توجه به اینکه در دسته فولادهای آستنیتی طبقه بندی می شود، غیرمغناطیسی بوده و به عبارتی نوعی ورق استیل نگیر نیز محسوب می شود. قیمت نهایی مبدل با توجه به قیمت مواد ساخت اجزای آن (در اینجا بافل) تعیین می گردد. این بدان معنی است که قیمت ورق استیل 309 بکار رفته در ساخت بافل، بر قیمت نهایی مبدل تاثیرگذار است. تعیین قیمت ورق استیل 309 نیز خود به عوامل مختلفی بستگی دارد که بررسی آنها از حوصله خارج است.
انواع بافل
در خصوص ساخت مبدل حرارتی پوسته و لوله، گزینه های زیادی از نقطه نظر جهت، اندازه و فاصله بین بافل ها وجود دارد. یکی از موضوعات مهم در این مورد، جایگاه بافل هاست. این جایگاه هم می تواند به صورت افقی و هم به شکل عمودی باشد.
بافل افقی
این نوع منحرف کننده جریان برای سیال تک فازی که در سمت پوسته جریان دارد، کاملاً ایده آل است، به طوری که از رسوب گذاری در ناحیه بالا و پایین مبدل جلوگیری می کند. همچنین این جاگذاری از تشکیل لایه های رسوب جلوگیری کرده و به سیال گرم تر این اجازه را می دهد تا در قسمت بالای مبدل قرار گیرد. در چنین حالتی سیال گرم با سیال سرد مخلوط می شود.
معمولاً در طراحی مبدل های حرارتی پوسته و لوله، بافل به صورت پیش فرض افقی در نظر گرفته می شود. جهت گیری این وسیله تاثیر مهمی بر کاهش فشار و همچنین نرخ انتقال حرارتی مبدل دارد.
بافل افقی عموماً منفعت بیشتری به همراه دارد، البته این زمانی است که مبدل جریان نشتی نداشته باشد. مبدل هایی که دارای بافل افقی اند، اغلب نرخ انتقال حرارت بالاتری به وجود می آورند، زیرا فاصله متوسط بین شیرهای ورودی و خروجی در آن نسبت به مبدل های دارای بافل عمودی بیشتر است. در چنین حالتی میزان سیالِ در حرکت در طول بافل بیشتر بوده که همین موضوع باعث افزایش جریان بین تیوب و بافل می شود. وقتی که سیالِ سمت پوسته با سرعت کمتری حرکت می کند، بافل افقی می تواند جریان را منظم نگه دارد. بافل عمودی باعث افزایش مدت زمان باقی ماندن سیال درون پوسته شده که این امر تاثیری منفی بر انتقال حرارت خواهد گذاشت.
معمولاً در طراحی مبدل های حرارتی پوسته و لوله، بافل به صورت پیش فرض افقی در نظر گرفته می شود. جهت گیری این وسیله تاثیر مهمی بر کاهش فشار و همچنین نرخ انتقال حرارتی مبدل دارد.
بافل افقی عموماً منفعت بیشتری به همراه دارد، البته این زمانی است که مبدل جریان نشتی نداشته باشد. مبدل هایی که دارای بافل افقی اند، اغلب نرخ انتقال حرارت بالاتری به وجود می آورند، زیرا فاصله متوسط بین شیرهای ورودی و خروجی در آن نسبت به مبدل های دارای بافل عمودی بیشتر است. در چنین حالتی میزان سیالِ در حرکت در طول بافل بیشتر بوده که همین موضوع باعث افزایش جریان بین تیوب و بافل می شود. وقتی که سیالِ سمت پوسته با سرعت کمتری حرکت می کند، بافل افقی می تواند جریان را منظم نگه دارد. بافل عمودی باعث افزایش مدت زمان باقی ماندن سیال درون پوسته شده که این امر تاثیری منفی بر انتقال حرارت خواهد گذاشت.
بافل عمودی
این نوع منحرف کننده جریان می تواند فرآیند ساخت مبدل را ساده تر کند. این عمودی بودن همچنین ایده آل برای کاربردهایی است که در آنها فرآیند چگالش در سمت پوسته وجود دارد. جهت گیری عمودی به سیال این اجازه را می دهد تا به سمت پایین و ناحیه خروجی حرکت کرده و از محبوس شدن آن جلوگیری می کند. مبدل های حرارتی پوسته و لوله با جریان نشتی، عملکرد بهتری با بافل های عمودی از خود نشان می دهند. مزیت این طراحی هنگامی به چشم می آید که سیال در فاز گازی باشد. به علت نرخ پراکندگی بالاتر گازها نسبت به مایعات، این موضوع بسیار مورد توجه است.
افت فشار در مبدل های دارای جریان نشتی و بافل افقی نسبت به مبدل های دارای جریان نشتی و بافل عمودی بسیار بیشتر است. به همین دلیل، برای مبدل هایی که هدفشان به حداقل رساندن افت فشار است، بافل عمودی بهترین گزینه می باشد.
جهت بافل در مبدل، تاثیری مستقیم بر نرخ انتقال حرارت و کاهش فشار آن خواهد داشت. با این حال، افقی یا عمودی بودن بافل به کاربرد مبدل و اهداف مرتبط با آن بستگی دارد.
افت فشار در مبدل های دارای جریان نشتی و بافل افقی نسبت به مبدل های دارای جریان نشتی و بافل عمودی بسیار بیشتر است. به همین دلیل، برای مبدل هایی که هدفشان به حداقل رساندن افت فشار است، بافل عمودی بهترین گزینه می باشد.
جهت بافل در مبدل، تاثیری مستقیم بر نرخ انتقال حرارت و کاهش فشار آن خواهد داشت. با این حال، افقی یا عمودی بودن بافل به کاربرد مبدل و اهداف مرتبط با آن بستگی دارد.
