مطالعه مقایسه‌ای بین دو نوع کویل فین تیوب
مطالعه مقایسه‌ای دقیق و دسته‌بندی‌شده بین دو نوع کویل فین تیوب (فین آلومینیومی — تیوب مسی) و کویل فین تیوب با تیوب آلومینیومی، از منظر انتقال حرارت، تحمل فشار و مقاومت به خوردگی ارائه شده است.
- ساختار و مواد
- کویل نوع A (فین آلومینیمی + تیوب مسی): فین‌ها از آلومینیوم (آلیاژهای معمول) و لوله‌ها از مس (Cu) ساخته می‌شوند. جوش یا اتصال فین به تیوب معمولاً با روش‌های خمش فین دور لوله یا لحیم‌کاری/تلقیح صورت می‌گیرد.
- کویل نوع B (فین آلومینیومی + تیوب آلومینیومی): هم فین و هم تیوب از آلومینیوم (اغلب آلیاژهای مشابه یا متفاوت) هستند؛ اتصال‌ها عموماً با همجوشی یا مکانیکی انجام می‌شود.
2. انتقال حرارت
- هدایت حرارتی مواد: مس دارای رسانایی حرارتی بالاتری (~380–400 W/m·K برای مس خالص) نسبت به آلومینیوم (~205–240 W/m·K) است. بنابراین تیوب‌های مسی سریع‌تر حرارت را از سیال به سطح تیوب منتقل می‌کنند.
- مقاومت حرارتی سطحی و تماس فین-تیوب: در نوع A تماس آلومینیوم فین با مس تیوب ممکن است بسته به روش اتصال اندکی مقاومت تماس داشته باشد؛ با این حال چون مس هادی بهتری است، معمولاً عملکرد کلی انتقال حرارت بهتر است. در نوع B چون هر دو از آلومینیوم‌اند تماس یکنواخت و بدون افت ناشی از ناسازگاری فلزی است اما هدایت خود آلومینیوم کمتر است؛ در عمل اختلاف انتقال حرارت اغلب به نفع تیوب مسی است، مخصوصاً در شرایط که ضخامت دیواره تیوب و ضریب انتقال داخلی مشابه است.
3. تحمل فشار مکانیکی و استحکام
- مس: انعطاف‌پذیری و شکل‌پذیری خوب، اما در تنش‌های بلندمدت ممکن است خزش نشان دهد؛ مقاومت به فشار داخلی خوب است و در ضخامت کمتر می‌تواند فشار مشابهی تحمل کند. فرایند تولید و اتصالات لحیم/بَرش جوش‌پذیر و مطمئن است.
- آلومینیوم: سبکتر و در برخی آلیاژها استحکام کمتر نسبت به مس دارد؛ برای دستیابی به همان تحمل فشار ممکن است نیاز به دیوارهٔ ضخیم‌تر یا آلیاژهای تقویت‌شده باشد. از نظر ضربه و خمش، آلومینیوم ممکن است شکننده‌تر باشد.
4. خوردگی و دوام
- مس: در مقابل خوردگی داخلی (آب شیرین، آب گرم) مقاومت خوبی دارد، اما در حضور یون‌های کلرید یا سولفید و در آب خورنده ممکن است دچار خوردگی موضعی یا سوراخ‌شدن شود؛ همچنین رسوب‌گذاری بیولوژیکی/نمک می‌تواند رخ دهد. حفاظت با پوشش‌ها یا تنظیم شیمی آب ممکن است لازم باشد.
- آلومینیوم: در هوا یک لایه اکسید محافظ تشکیل می‌دهد که خوردگی سطحی را کاهش می‌دهد، اما در محیط‌های قلیایی یا حاوی کلرید ممکن است پیتینگ یا خوردگی قلیایی رخ دهد. تماس مستقیم با مس (در نوع A) ممکن است خطر خوردگی گالوانیکی را ایجاد کند مگر اینکه عایق‌گذاری یا محافظ الکتروشیمیایی اعمال شود.
5. نتیجه‌گیری خلاصه (چرا تیوب مسی بهتر است)
- انتقال حرارت بالاتر به واسطهٔ رسانایی حرارتی بیشتر مس → کارایی حرارتی بهتر و کوچکتر شدن سطح تبادل.
- تحمل فشار و عملکرد مکانیکی مناسب با ضخامت کمتر → طراحی فشرده‌تر.
- مقاومت کلی مناسب در بسیاری از شرایط سرویس، اگرچه نیاز به مراقبت در شرایط خورنده وجود دارد.
بنابراین کویل فین تیوب با تیوب مسی معمولاً از نظر انتقال حرارت و عملکرد مکانیکی برتری دارد؛ اما انتخاب نهایی باید بر اساس شرایط سیال، محیط خورنده، هزینه و الزامات نگهداری اتخاذ شود.
