ਹੀਟ ਐਕਸਚੇਂਜਰਾਂ ਵਿੱਚ ਸਮਾਂਤਰ ਪ੍ਰਵਾਹ ਨਾਲੋਂ ਕਾਊਂਟਰ-ਕਰੰਟ ਫਲੋ (ਕਾਊਂਟਰਫਲੋ) ਵਧੇਰੇ ਕੁਸ਼ਲ ਹੁੰਦਾ ਹੈ ਕਿਉਂਕਿ ਇਹ ਐਕਸਚੇਂਜਰ ਵਿੱਚ ਦੋ ਤਰਲਾਂ ਵਿਚਕਾਰ ਇੱਕ ਵੱਡਾ ਅਤੇ ਵਧੇਰੇ ਇਕਸਾਰ ਤਾਪਮਾਨ ਅੰਤਰ (ΔT) ਬਣਾਈ ਰੱਖਦਾ ਹੈ, ਜਿਸ ਨਾਲ ਹੀਟ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਵੱਧ ਤੋਂ ਵੱਧ ਹੁੰਦਾ ਹੈ। ਇੱਥੇ ਇੱਕ ਵਿਸਤ੍ਰਿਤ ਵਿਆਖਿਆ ਹੈ:
1. ਤਾਪਮਾਨ ਗਰੇਡੀਐਂਟ ਅਤੇ ਗਰਮੀ ਦਾ ਤਬਾਦਲਾ
- ਕਾਊਂਟਰਫਲੋ:
- ਉਲਟ ਪ੍ਰਵਾਹ ਵਿੱਚ, ਤਰਲ ਪਦਾਰਥ ਉਲਟ ਦਿਸ਼ਾਵਾਂ ਵਿੱਚ ਵਹਿੰਦੇ ਹਨ (ਉਦਾਹਰਣ ਵਜੋਂ, ਗਰਮ ਤਰਲ ਇੱਕ ਸਿਰੇ 'ਤੇ ਪ੍ਰਵੇਸ਼ ਕਰਦਾ ਹੈ, ਠੰਡਾ ਤਰਲ ਉਲਟ ਸਿਰੇ 'ਤੇ)। ਇਹ ਐਕਸਚੇਂਜਰ ਦੀ ਪੂਰੀ ਲੰਬਾਈ ਦੇ ਨਾਲ ਲਗਭਗ ਸਥਿਰ ਤਾਪਮਾਨ ਅੰਤਰ (ΔT) ਬਣਾਉਂਦਾ ਹੈ।
- ਗਰਮ ਤਰਲ ਦਾ ਸਭ ਤੋਂ ਵੱਧ ਤਾਪਮਾਨ (ਇਨਲੇਟ) ਠੰਡੇ ਤਰਲ ਦੇ ਆਊਟਲੇਟ ਨਾਲ ਮਿਲਦਾ ਹੈ, ਅਤੇ ਠੰਡੇ ਤਰਲ ਦਾ ਸਭ ਤੋਂ ਘੱਟ ਤਾਪਮਾਨ (ਇਨਲੇਟ) ਗਰਮ ਤਰਲ ਦੇ ਆਊਟਲੇਟ ਨਾਲ ਮਿਲਦਾ ਹੈ। ਇਹ ਠੰਡੇ ਤਰਲ ਨੂੰ ਗਰਮ ਤਰਲ ਦੇ ਇਨਲੇਟ ਤਾਪਮਾਨ ਤੱਕ ਪਹੁੰਚਣ ਦੀ ਆਗਿਆ ਦਿੰਦਾ ਹੈ, ਜਿਸ ਨਾਲ ਗਰਮੀ ਦਾ ਤਬਾਦਲਾ ਵੱਧ ਤੋਂ ਵੱਧ ਹੁੰਦਾ ਹੈ।
- ਉਦਾਹਰਨ: ਜੇਕਰ ਗਰਮ ਤਰਲ 100°C 'ਤੇ ਦਾਖਲ ਹੁੰਦਾ ਹੈ ਅਤੇ 40°C 'ਤੇ ਬਾਹਰ ਨਿਕਲਦਾ ਹੈ, ਅਤੇ ਠੰਡਾ ਤਰਲ 20°C 'ਤੇ ਦਾਖਲ ਹੁੰਦਾ ਹੈ, ਤਾਂ ਇਹ 90°C ਦੇ ਨੇੜੇ ਬਾਹਰ ਨਿਕਲ ਸਕਦਾ ਹੈ, ਜਿਸ ਨਾਲ ਉੱਚ ਤਾਪ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਦਰ ਪ੍ਰਾਪਤ ਹੁੰਦੀ ਹੈ।
- ਪੈਰਲਲ ਫਲੋ:
- ਸਮਾਨਾਂਤਰ ਪ੍ਰਵਾਹ ਵਿੱਚ, ਦੋਵੇਂ ਤਰਲ ਇੱਕੋ ਦਿਸ਼ਾ ਵਿੱਚ ਵਹਿੰਦੇ ਹਨ, ਇਸ ਲਈ ਸਭ ਤੋਂ ਵੱਡਾ ΔT ਇਨਲੇਟ 'ਤੇ ਹੁੰਦਾ ਹੈ, ਪਰ ਇਹ ਤੇਜ਼ੀ ਨਾਲ ਘੱਟ ਜਾਂਦਾ ਹੈ ਕਿਉਂਕਿ ਦੋਵੇਂ ਤਰਲ ਐਕਸਚੇਂਜਰ ਦੇ ਨਾਲ ਇੱਕੋ ਜਿਹੇ ਤਾਪਮਾਨ 'ਤੇ ਪਹੁੰਚਦੇ ਹਨ।
- ਠੰਡੇ ਤਰਲ ਦਾ ਨਿਕਾਸ ਤਾਪਮਾਨ ਗਰਮ ਤਰਲ ਦੇ ਨਿਕਾਸ ਤਾਪਮਾਨ ਤੋਂ ਵੱਧ ਨਹੀਂ ਹੋ ਸਕਦਾ, ਜੋ ਕੁੱਲ ਗਰਮੀ ਨੂੰ ਤਬਦੀਲ ਕਰਨ ਨੂੰ ਸੀਮਤ ਕਰਦਾ ਹੈ।
- ਉਦਾਹਰਨ: ਜੇਕਰ ਗਰਮ ਤਰਲ 100°C 'ਤੇ ਦਾਖਲ ਹੁੰਦਾ ਹੈ ਅਤੇ 60°C 'ਤੇ ਬਾਹਰ ਨਿਕਲਦਾ ਹੈ, ਤਾਂ 20°C 'ਤੇ ਦਾਖਲ ਹੋਣ ਵਾਲਾ ਠੰਡਾ ਤਰਲ ਸਿਰਫ਼ ~50°C ਤੱਕ ਹੀ ਪਹੁੰਚ ਸਕਦਾ ਹੈ, ਜਿਸਦੇ ਨਤੀਜੇ ਵਜੋਂ ਘੱਟ ਗਰਮੀ ਦਾ ਤਬਾਦਲਾ ਹੁੰਦਾ ਹੈ।
ਇਹ ਕਿਉਂ ਮਾਇਨੇ ਰੱਖਦਾ ਹੈ: ਹੀਟ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਦਰ (Q) ΔT (Q = U × A × ΔT, ਜਿੱਥੇ U ਹੀਟ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਗੁਣਾਂਕ ਹੈ ਅਤੇ A ਸਤ੍ਹਾ ਖੇਤਰ ਹੈ) ਦੇ ਅਨੁਪਾਤੀ ਹੈ। ਕਾਊਂਟਰਫਲੋ ਦਾ ਵੱਡਾ ਅਤੇ ਵਧੇਰੇ ਇਕਸਾਰ ΔT ਉੱਚ ਔਸਤ ਹੀਟ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਦਰ ਦਾ ਨਤੀਜਾ ਦਿੰਦਾ ਹੈ, ਜਿਸ ਨਾਲ ਇਹ ਵਧੇਰੇ ਕੁਸ਼ਲ ਬਣਦਾ ਹੈ।
2. ਲਾਗ ਔਸਤ ਤਾਪਮਾਨ ਅੰਤਰ (LMTD)
- ਇੱਕ ਹੀਟ ਐਕਸਚੇਂਜਰ ਦੀ ਕੁਸ਼ਲਤਾ ਨੂੰ ਅਕਸਰ ਲੌਗ ਮੀਨ ਟੈਂਪਰੇਚਰ ਡਿਫਰੈਂਸ (LMTD) ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਕੇ ਮਾਪਿਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਜੋ ਕਿ ਔਸਤ ਤਾਪਮਾਨ ਦੇ ਅੰਤਰ ਨੂੰ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ ਜੋ ਹੀਟ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਨੂੰ ਚਲਾਉਂਦਾ ਹੈ।
- ਕਾਊਂਟਰਫਲੋ: ਇਸਦਾ LMTD ਵੱਧ ਹੈ ਕਿਉਂਕਿ ਤਾਪਮਾਨ ਦਾ ਅੰਤਰ ਐਕਸਚੇਂਜਰ ਦੇ ਨਾਲ ਮੁਕਾਬਲਤਨ ਸਥਿਰ ਰਹਿੰਦਾ ਹੈ। ਇਹ ਉਸੇ ਸਤਹ ਖੇਤਰ ਲਈ ਵਧੇਰੇ ਗਰਮੀ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਕਰਨ ਦੀ ਆਗਿਆ ਦਿੰਦਾ ਹੈ।
- ਪੈਰਲਲ ਫਲੋ: ਇਸਦਾ LMTD ਘੱਟ ਹੈ ਕਿਉਂਕਿ ਤਾਪਮਾਨ ਦਾ ਅੰਤਰ ਆਊਟਲੈੱਟ ਵੱਲ ਕਾਫ਼ੀ ਘੱਟ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਜਿਸ ਨਾਲ ਗਰਮੀ ਦੇ ਤਬਾਦਲੇ ਲਈ ਚਾਲਕ ਸ਼ਕਤੀ ਘੱਟ ਜਾਂਦੀ ਹੈ।
- ਨਤੀਜਾ: ਇੱਕੋ ਹੀਟ ਐਕਸਚੇਂਜਰ ਦੇ ਆਕਾਰ ਲਈ, ਕਾਊਂਟਰਫਲੋ ਆਪਣੇ ਉੱਚ LMTD ਦੇ ਕਾਰਨ ਵਧੇਰੇ ਗਰਮੀ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਕਰਦਾ ਹੈ, ਜਾਂ ਉਸੇ ਹੀਟ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਨੂੰ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕਰਨ ਲਈ ਇੱਕ ਛੋਟੇ ਸਤਹ ਖੇਤਰ ਦੀ ਲੋੜ ਹੁੰਦੀ ਹੈ, ਜਿਸ ਨਾਲ ਇਹ ਵਧੇਰੇ ਸੰਖੇਪ ਅਤੇ ਕੁਸ਼ਲ ਬਣਦਾ ਹੈ।
3. ਵੱਧ ਤੋਂ ਵੱਧ ਗਰਮੀ ਰਿਕਵਰੀ
- ਕਾਊਂਟਰਫਲੋ ਵਿੱਚ, ਠੰਡਾ ਤਰਲ ਸਿਧਾਂਤਕ ਤੌਰ 'ਤੇ ਗਰਮ ਤਰਲ ਦੇ ਇਨਲੇਟ ਤਾਪਮਾਨ (ਇੱਕ ਅਨੰਤ ਲੰਬੇ ਐਕਸਚੇਂਜਰ ਵਿੱਚ) ਤੱਕ ਪਹੁੰਚ ਸਕਦਾ ਹੈ, ਜਿਸ ਨਾਲ ਲਗਭਗ ਪੂਰੀ ਗਰਮੀ ਰਿਕਵਰੀ ਹੁੰਦੀ ਹੈ (ਉਦਾਹਰਨ ਲਈ, ਹੋਲਟੌਪ ਦੇ 3D ਕਰਾਸ-ਕਾਊਂਟਰਫਲੋ ਐਕਸਚੇਂਜਰ ਵਰਗੇ ਆਧੁਨਿਕ ਡਿਜ਼ਾਈਨਾਂ ਵਿੱਚ 90–95% ਕੁਸ਼ਲਤਾ)।
- ਸਮਾਨਾਂਤਰ ਪ੍ਰਵਾਹ ਵਿੱਚ, ਠੰਡੇ ਤਰਲ ਦਾ ਆਊਟਲੇਟ ਤਾਪਮਾਨ ਗਰਮ ਤਰਲ ਦੇ ਆਊਟਲੇਟ ਤਾਪਮਾਨ, ਕੈਪਿੰਗ ਕੁਸ਼ਲਤਾ (ਆਮ ਤੌਰ 'ਤੇ 60–80%) ਦੁਆਰਾ ਸੀਮਿਤ ਹੁੰਦਾ ਹੈ। ਇਹ ਊਰਜਾ ਰਿਕਵਰੀ ਵੈਂਟੀਲੇਸ਼ਨ ਜਾਂ ਉਦਯੋਗਿਕ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆਵਾਂ ਵਰਗੇ ਐਪਲੀਕੇਸ਼ਨਾਂ ਲਈ ਕਾਊਂਟਰਫਲੋ ਨੂੰ ਆਦਰਸ਼ ਬਣਾਉਂਦਾ ਹੈ ਜਿੱਥੇ ਵੱਧ ਤੋਂ ਵੱਧ ਗਰਮੀ ਰਿਕਵਰੀ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਹੁੰਦੀ ਹੈ।
4. ਵਿਹਾਰਕ ਪ੍ਰਭਾਵ
- ਕਾਊਂਟਰਫਲੋ: ਇਕਸਾਰ ΔT ਲੋੜੀਂਦੇ ਤਾਪ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਖੇਤਰ ਨੂੰ ਘਟਾਉਂਦਾ ਹੈ, ਜਿਸ ਨਾਲ ਉੱਚ-ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਵਾਲੇ ਐਪਲੀਕੇਸ਼ਨਾਂ ਲਈ ਛੋਟੇ, ਵਧੇਰੇ ਲਾਗਤ-ਪ੍ਰਭਾਵਸ਼ਾਲੀ ਡਿਜ਼ਾਈਨ ਹੁੰਦੇ ਹਨ। ਇਹ HVAC, ਉਦਯੋਗਿਕ ਕੂਲਿੰਗ, ਅਤੇ ਊਰਜਾ ਰਿਕਵਰੀ ਪ੍ਰਣਾਲੀਆਂ ਵਿੱਚ ਵਿਆਪਕ ਤੌਰ 'ਤੇ ਵਰਤਿਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ।
- ਪੈਰਲਲ ਫਲੋ: ΔT ਵਿੱਚ ਤੇਜ਼ੀ ਨਾਲ ਕਮੀ ਲਈ ਤੁਲਨਾਤਮਕ ਗਰਮੀ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਨੂੰ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕਰਨ ਲਈ ਇੱਕ ਵੱਡੇ ਗਰਮੀ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਖੇਤਰ ਦੀ ਲੋੜ ਹੁੰਦੀ ਹੈ, ਸਮੱਗਰੀ ਅਤੇ ਸਪੇਸ ਦੀਆਂ ਜ਼ਰੂਰਤਾਂ ਨੂੰ ਵਧਾਉਂਦਾ ਹੈ। ਇਸਦੀ ਵਰਤੋਂ ਸਰਲ, ਘੱਟ ਕੁਸ਼ਲਤਾ-ਨਾਜ਼ੁਕ ਐਪਲੀਕੇਸ਼ਨਾਂ ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਬੁਨਿਆਦੀ ਰੇਡੀਏਟਰਾਂ ਜਾਂ ਵਿਦਿਅਕ ਸੈੱਟਅੱਪਾਂ ਵਿੱਚ ਕੀਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ।
ਵਿਜ਼ੂਅਲ ਵਿਆਖਿਆ (ਸਰਲੀਕ੍ਰਿਤ)
- ਕਾਊਂਟਰਫਲੋ: ਇੱਕ ਗਰਮ ਤਰਲ (100°C ਤੋਂ 40°C) ਅਤੇ ਇੱਕ ਠੰਡੇ ਤਰਲ (20°C ਤੋਂ 90°C) ਦੀ ਕਲਪਨਾ ਕਰੋ। ਤਾਪਮਾਨ ਦਾ ਅੰਤਰ ਐਕਸਚੇਂਜਰ ਵਿੱਚ ਮੁਕਾਬਲਤਨ ਉੱਚਾ ਰਹਿੰਦਾ ਹੈ (ਜਿਵੇਂ ਕਿ, ~20–60°C), ਕੁਸ਼ਲ ਤਾਪ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਨੂੰ ਚਲਾਉਂਦਾ ਹੈ।
- ਪੈਰਲਲ ਫਲੋ: ਉਹੀ ਤਰਲ ਪਦਾਰਥ ਇੱਕ ਵੱਡੇ ΔT (100°C – 20°C = 80°C) ਨਾਲ ਸ਼ੁਰੂ ਹੁੰਦੇ ਹਨ ਪਰ ਜਲਦੀ ਇਕੱਠੇ ਹੋ ਜਾਂਦੇ ਹਨ (ਜਿਵੇਂ ਕਿ, 60°C – 50°C = 10°C), ਚਾਲਕ ਸ਼ਕਤੀ ਨੂੰ ਘਟਾਉਂਦੇ ਹਨ ਅਤੇ ਕੁਸ਼ਲਤਾ ਨੂੰ ਸੀਮਤ ਕਰਦੇ ਹਨ।
ਸਿੱਟਾ
ਵਿਰੋਧੀ-ਕਰੰਟ ਪ੍ਰਵਾਹ ਵਧੇਰੇ ਕੁਸ਼ਲ ਹੈ ਕਿਉਂਕਿ ਇਹ ਐਕਸਚੇਂਜਰ ਦੇ ਨਾਲ ਇੱਕ ਵੱਡਾ ਅਤੇ ਵਧੇਰੇ ਇਕਸਾਰ ਤਾਪਮਾਨ ਅੰਤਰ (ΔT) ਕਾਇਮ ਰੱਖਦਾ ਹੈ, ਜਿਸਦੇ ਨਤੀਜੇ ਵਜੋਂ ਉਸੇ ਸਤਹ ਖੇਤਰ ਲਈ ਉੱਚ LMTD ਅਤੇ ਵੱਧ ਗਰਮੀ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਹੁੰਦਾ ਹੈ। ਇਹ ਇਸਨੂੰ ਉੱਚ ਕੁਸ਼ਲਤਾ ਦੀ ਲੋੜ ਵਾਲੇ ਐਪਲੀਕੇਸ਼ਨਾਂ ਲਈ ਤਰਜੀਹੀ ਵਿਕਲਪ ਬਣਾਉਂਦਾ ਹੈ, ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਊਰਜਾ ਰਿਕਵਰੀ ਜਾਂ ਉਦਯੋਗਿਕ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆਵਾਂ, ਜਦੋਂ ਕਿ ਸਮਾਨਾਂਤਰ ਪ੍ਰਵਾਹ ਸਰਲ ਪਰ ਘੱਟ ਪ੍ਰਭਾਵਸ਼ਾਲੀ ਹੁੰਦਾ ਹੈ, ਘੱਟ ਮੰਗ ਵਾਲੇ ਐਪਲੀਕੇਸ਼ਨਾਂ ਲਈ ਢੁਕਵਾਂ ਹੁੰਦਾ ਹੈ।