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优化用于制冷和冷却技术的热交换器设计

冷却室内滑雪坡，为享有声望的旧城堡提供空调，或冷冻和冷冻消费品 - 这些情况都需要热交换器技术。Thermofin GmbH可确保使用多物理模拟为各种客户需求优化其热交换器设备。

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雷切尔·基特利（Rachel Keatley）
2021年3月

仅在2018年，仅美国就浪费了9340万吨（1.03亿吨）食物，这比60万平均尺寸的蓝鲸的重量大（参考文献1）。大多数食物垃圾最终都在垃圾填埋场，在那里分解并产生甲烷。美国食品药品监督管理局（FDA）甚至报告说，食品垃圾占垃圾填埋场材料比例最大（参考文献2）。在其生命周期的任何阶段都可以浪费食物，这就是为什么要意识到解决这一问题的解决方案对消费者和食品行业都很重要的原因。帮助减少工业层面的食物浪费的一种方法是确保在消费品最终进入客户的家中之前正确存储。

热交换器的领先制造商Thermofin GmbH设计技术来帮助使该解决方案成为现实。他们的热交换器用于世界各地的商业和工业建筑中的空调和制冷系统。他们的设备可以在超市，冷藏设施，冰竞技场，发电厂等中找到。Thermofin GmbH的热力学开发工程师Julius Heik进行了模拟，以确保其热交换器针对特定用例和客户需求进行优化。

HEIK最喜欢的模拟工作？您能够在进行实际测量之前获得知识。

设计优化的热交换器

自2002年成立以来，Thermofin GmbH已从6名员工扩展到500多个员工，并在多个大洲拥有生产地点。他们可靠的热交换器使它们成为制冷和空调行业中的流行选择。

热交换器听起来像是一个简单的概念，但实际上它们的设计可能非常具有挑战性。冷却产品的重要任务是消除不需要的热量，以便提取易腐商品的热能。这是制冷周期的制冷剂发挥作用的地方。通过将制冷剂相从液体更改为蒸气状态，热交换器正在从其环境环境中去除热量。然后，这种热量必须传递给第二个热交换器，该热交换器将这种能量散发到外部环境中。

在跨批评公司₂制冷周期，所谓的煤气冷却器将制冷剂冷却在热交换器中。通常，人们会被“加油机”的名称感到困惑，就好像它使用汽油冷藏周围环境一样。Heik表示，通常设计热交换器，尤其是燃气冷却器，带来了相当多的困难。当努力争取更好，更多的节能制冷周期时，设计精良的热交换器设计是主要贡献。

像许多冷却系统一样，燃气冷却器的设计对环境产生最小的直接影响，因此他们使用天然制冷剂CO₂。例如，在超市行业中₂现在几乎完全使用，因为它被归类为非危害气体（安全组A1）。然而，由于其特性，它必须在20–25°C以上的空气温度下散发热量跨临界范围。这就是为什么这些系统具有较大温度差的原因，由许多不同的电路组成，并且由各种材料组成。使用模拟，Heik能够有效，同时分析这些设备的气流和材料特性。

设计内部鳍管的管子在开发热交换器时提出了另一个独特的挑战。这些管用于热交换器中，将热液转化为冷液，反之亦然。排列，直径，材料（如果使用氨需要不锈钢）和这些鳍管的鳍间距都取决于使用它们的热交换器的类型。海克说：“关于这些管的工作原理，没有很多可用的数据可用。”通过模拟，他可以通过对多个管几何形状建模并研究其内部和外部传热能力来更好地了解鳍管如何影响热交换器设计。提供最佳性能的鳍型管几何形状是在内部实验站建造和测试的。海克说：“我们看看计算和结果是相同还是相似，然后我们为工业线选择了最好的管。”

冷藏室模拟

除了进行热交换器技术的模拟外，Thermofin GmbH还模拟了客户的冷藏仓库。对于一个特定的项目，客户要求帮助设计肉类储藏室，其中包括几台容纳肉的机器人机器。在这个储藏室中，肉类在室温下进入，需要冷却，然后才能将其带入另一个冷藏室。“重要的是，房间中的空气速度不会太高，以免肉从机器人（机器）上掉下或类似的空气。”

进行这样的冷藏模拟时，需要考虑几个标准，包括温度分布，气流分布，相对湿度，相邻的热载荷和自然对流。起初，Thermofin GmbH认为他们的客户需要使用五个热交换器才能在存储室内获得均匀的空气分配。

在模拟了带有五个设备的房间后，海克注意到了一个问题。海克说：“空气的回流将部分绕过中间天花板。”为了解决此问题，Heik模拟了房间中的一些空气引导静脉，这将有助于确保平稳的回流，最终减少房间中的涡流量。在Thermofin GmbH的建议下，客户最终使用了五个Thermofin®单元，并用引导静脉建造了储藏室。据海克说，客户对结果感到满意，幸运的是，没有经历过掉肉的任何事件。

热交换器技术的未来

随着Thermofin GmbH的全球持续扩展，其创新模拟工作计划也在继续增长。Heik说：“在我们未来的研究计划中，我们希望设计具有新的鳍形状的[热交换器。”这样的变化要求热交管的管子直径膨胀。为了成功实施这一变化，Thermofin GmbH首先需要找到最佳的方法来摆放这些管子。海克说：“对于新的鳍几何形状，我们必须在购买工具以自己生产工具之前进行模拟。”这样的修改可以帮助增强其热交换器设计的传热能力。

参考

1. “ 2018年浪费食品报告”，美国环境保护局，2020年，https://www.epa.gov/facts-and-figures-figures-materials-waste-and-ande-and-recycling/advancing-sustabainable-materials-materials-management。
2. “粮食损失和浪费”，美国食品和药物管理局，2020年，https://www.fda.gov/food/consumers/food-loss-and-waste。