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优化制冷和冷却技术的热交换器设计

冷却室内滑雪坡，为着名的老城堡提供空调，或冷藏和冷冻消费品 - 这些场景都需要换热器技术。Thermofin GmbH可确保使用Multiphysics Simulation优化其热交换器设备，可针对各种客户端需求进行优化。

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由Rachel Keatley
3月2021年3月

估计的9340万吨（1.03亿吨）在2018年独自浪费在美国 - 一个大于600千名平均蓝鲸的重量（参考文献1）。大多数食物浪费最终在垃圾填埋场中，在那里它分解并产生甲烷。美国食品和药品监督管理局（FDA）甚至报告食品废物占垃圾填埋场中最大的材料百分比（参考文献2）。在其生命周期的任何阶段都可以浪费食物，这就是为什么对消费者和食品行业非常重要的为什么要了解解决方案，以帮助减轻这个问题。帮助减少工业水平的食物垃圾的一种方法是确保消费品在最终在客户的家中妥善储存。

Thermofin GmbH是换热器的领先制造商，设计技术帮助使这解决方案成为现实。它们的热交换器用于全球商业和工业建筑的空调和制冷系统。他们的设备可以在超市，冷藏设施，冰场，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了优化。

Heik最喜欢使用模拟的一部分吗？在执行实际测量之前，您能够获得知识。

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，在几大大陆的生产基地。他们可靠的热交换器使它们在制冷和空调行业中成为一种流行的选择。

热交换器听起来像一个简单的概念，但它们实际上可以非常具有挑战性。冷却产品的基本任务是摆脱不需要的热量，从而提取来自易腐货物的热能。这是制冷循环的制冷剂的地方。通过将制冷剂相从液体改变为蒸气状态，热交换器从环境周围的环境中除去热量。然后必须将该热量传递到第二热交换器，其向外部环境发出这种能量。

在跨临界CO.₂制冷循环，所谓的气体冷却器在换热器内冷却制冷剂。通常，人们被“气体冷却器”名称混淆，好像它使用气体以冷却其周围环境。根据Heik的说法，通常设计热交换器，特别是气体冷却器，呈现出相当困难的困难。在争取更好的节能制冷循环时，精心设计的热交换器设计是主要贡献。

与许多冷却系统一样，气体冷却器设计成对环境的直接影响最小，因此它们使用天然制冷剂CO₂。例如，在超市扇区，CO₂现在几乎完全使用，因为它被归类为非危险的气体（安全组A1）。然而，由于其性质，必须在所谓的情况下在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大的温差，包括许多不同的电路，并且由各种材料组成。使用模拟，Heik能够有效地分析这些设备的气流和材料特性。

设计内部翅片管在开发热交换器时呈现另一个独特的挑战。这些管用于热交换器中以将热流体转变为冷流体，反之亦然。这些翅片管的布置，直径，材料（如果使用氨也需要不锈钢），并且都取决于所使用的热交换器的类型。“这些管子如何工作，没有很多测量数据，”希克说。通过仿真，他可以更好地了解翅片管如何通过建模多管几何形状和研究其内部和外部传热能力来影响热交换器设计。提供最佳性能的翅片管几何形状在内部实验站构建和测试。“我们看看计算和结果是否相同或相似，然后我们为我们的工业线采取最好的管道，”希克说。

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，其中包括握住肉的若干机器人机器。在这个储藏室中，肉在室温下进入，需要在它进入不同的冷藏室之前冷却。“很重要的是，房间里的空气速度不是太高，使肉不会脱离机器人[机器]，另一方面，房间中的每个区域都得到了相同或相似的空气，“希克说。

当执行如此之类的冷库模拟时，需要考虑几个标准，包括温度分布，气流分布，相对湿度，相邻的热负荷和自然对流。起初，Thermofin GmbH认为，他们的客户需要使用五种热交换器，以便在储藏室内获得均匀的空气分配。

在用五个设备模拟一个房间后，Heik注意到了一个问题。“空气的回流将部分地绕过中间天花板，”希克说。为了解决这个问题，Heik在房间里模拟了一些空气引导静脉，这将有助于确保流畅的回流，最终降低房间里的涡流量。遵循Thermofin GmbH的建议，客户最终使用五种Thermofin®单位，并用空气引导静脉建造了储藏室。根据Heik的说法，客户对结果感到满意，并担心没有经历任何摔倒的肉类。

换热器技术的未来

随着Thermofin GmbH继续扩大全球范围，他们的创新模拟工作计划也在继续增长。“在我们未来的研究计划中，我们希望设计一种新的鳍形状的[热交换器]，”希克说。这样的变化要求热交换器的管直径膨胀。为了成功实施这种变化，Thermofin GmbH首先需要找到最佳方式来扩展这些管。“对于一个新的鳍几何，我们必须在购买自己以生产它的工具之前模拟它，”希克说。这样的修改有助于提高其热交换器设计的传热功能。

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-d-figures-about-materials-waste-and-recycling/adving-sustainable-materials-management.。
2. “食物损失和浪费”，美国食品和药物管理局，2020年，https://www.fda.gov/food/consumers/food-loss-and-wastt.。