Tube à ailettes longitudinales ASTM SA210 Gr A1 avec ailettes en acier au carbone pour échangeur de chaleur

Tube à ailettes longitudinales ASTM SA210 Gr A1 avec ailettes en acier au carbone
 
 
 

Le tube à ailettes longitudinales est une sorte d'élément de transfert de chaleur à haut rendement, fabriqué en soudant étroitement ou en formant intégralement des ailettes minces en métal le long de la direction axiale sur la surface extérieure du tube de base en métal (tel que l'acier, le cuivre, l'aluminium). Sa valeur fondamentale réside dans l'extension de la surface de transfert de chaleur à l'extérieur du tube de plusieurs fois à des dizaines de fois (le rapport d'ailettes peut atteindre 5 à 20 fois).

Cette conception structurelle résout spécifiquement le problème de goulot d'étranglement de l'efficacité de l'échange de chaleur entre le gaz (tel que l'air, les gaz de combustion) et le fluide dans le tube (eau, vapeur, réfrigérant, etc.). En raison du coefficient de transfert de chaleur extrêmement faible du côté gaz, il devient souvent le facteur dominant de la résistance thermique du système ; l'ailette pénètre profondément dans la couche limite de gaz en étendant la surface de transfert de chaleur et utilise l'effet de perturbation du bord de l'ailette sur le flux d'air pour réduire considérablement la résistance thermique du côté gaz, de sorte que l'efficacité globale du transfert de chaleur peut être augmentée de 2 à 10 fois par rapport au tube nu.

Une fabrication fiable est la clé pour atteindre ses performances, ce qui repose principalement sur des procédés tels que le soudage par résistance à haute fréquence, l'extrusion intégrale (telle que le tube en aluminium) ou le brasage. Ces procédés garantissent que l'interface de connexion entre l'ailette et le tube de base présente une conductivité thermique élevée (réduisant la résistance thermique de contact) et une résistance mécanique suffisante pour résister aux contraintes thermiques et aux vibrations dans les conditions de fonctionnement.

Lors de la conception des tubes à ailettes longitudinales, il est nécessaire d'optimiser finement les paramètres des ailettes (hauteur, épaisseur, espacement) pour trouver un équilibre entre la maximisation des performances de transfert de chaleur et le contrôle de la résistance au flux de gaz (chute de pression). En même temps, il est nécessaire de prendre en compte à la fois la sélection des matériaux et les conditions de travail spéciales, telles que la sélection de matériaux résistants à la corrosion (tels que l'acier ND ou le revêtement) dans les environnements sujets à la corrosion au point de rosée tels que les gaz de combustion contenant du soufre, en tenant compte de la résistance à l'encrassement dans les gaz poussiéreux (tels que l'utilisation d'un espacement d'ailettes plus grand) et en assurant la fiabilité structurelle dans des conditions de vibration.

Grâce à son excellent renforcement du transfert de chaleur côté gaz et à sa compacité, les tubes à ailettes longitudinales sont largement utilisés dans divers scénarios dominés par l'échange de chaleur gaz-liquide et avec des exigences élevées en matière d'espace ou d'efficacité. Les applications typiques comprennent : les équipements de récupération de chaleur perdue (économiseur, préchauffeur d'air) dans les systèmes de chaudières, les refroidisseurs/réchauffeurs de gaz de procédé dans l'industrie pétrochimique, les évaporateurs/condenseurs dans les systèmes de réfrigération et les réchauffeurs d'air chaud dans les équipements de séchage industriels. Il s'agit d'une technologie clé pour obtenir des équipements compacts et une utilisation efficace de l'énergie.

Relation entre la direction des ailettes et le flux d'air

Comparaison des performances de transfert de chaleur et de la résistance

Application
 
 

Énergie et puissance

Économiseur de chaudière, préchauffeur d'air, chaudière à récupération de chaleur de turbine à gaz

Pétrochimie

Réchauffeur/refroidisseur de gaz de procédé, condenseur de produit de réaction, refroidissement de l'huile de lubrification

Chauffage, ventilation, climatisation et réfrigération

Condenseur évaporatif, serpentin de refroidisseur d'air, unité extérieure de pompe à chaleur

Récupération de chaleur perdue industrielle

Équipement de séchage, four à céramique, utilisation de la chaleur perdue des gaz de combustion des fours à verre

Machines de transport

Intercooler de moteur diesel, radiateur d'huile hydraulique