سایزینگ کلکتور ورودی و خروجی کویل فین-تیوب آبی — راهنمای فنی و دقیق

در طراحی کویل فین-تیوب آبی، سایزینگ صحیح کلکتورهای ورودی و خروجی (مانيفولدها) برای عملکرد هیدرولیکی و حرارتی بهینه حیاتی است.

اصول کلی

• هدف اصلی: فراهم کردن توزیع یکنواخت آب در سراسر لاین‌های تیوب، حداقل افت فشار، و جلوگیری از کاویتاسیون و سروصدا.
• پارامترهای کلیدی: دبی کل سیستم m˙، تعداد ردیف‌های تیوب Nt​، قطر داخلی تیوب dt​، طول فعال کویل L، سرعت مطلوب در هر لوله و حداکثر افت فشار مجاز در کلکتورها.

محاسبات پایه

1. تعیین دبی کل: از بار حرارتی کویل Q و اختلاف دمای آب  ΔT استفاده کنید:

m˙= Q/cp​ΔT

که  cp​ ظرفیت گرمایی آب تقریباً  4180 J/(kg⋅K) است.

1. دبی در هر تیم (هر گروه تیوب که از یک کلکتور تغذیه می‌شود):
   اگر کلکتور هر ردیف را به  n شاخه تقسیم کند، دبی هر شاخه:
   

1. تعیین قطر کلکتور از شرط عدد رینولدز و سرعت مجاز:
   برای جریان داخل کلکتور معمولاً سرعت بین  0.3 تا  1.5 m/s مناسب است (سرعت‌های بالا باعث سر و صدا و افت فشار بیشتر می‌شود). قطر داخلی  Dc​ را از رابطه:

​​

که  ρ چگالی آب (~1000 kg/m31000 kg/m3) و  v سرعت انتخابی است.

افت فشار و توزیع جریان

• افت فشار در کلکتور شامل افت ساینده طولی (Fanning/Darcy) و افت‌های موضعی (اتصالات، انشعابات) است. از رابطه دارسی-ویس‌بخ:
  

که ff ضریب اصطکاک است (از نمودار Moody یا فرمول Colebrook/Haaland محاسبه می‌شود).

• افت در انشعابات: برای هر انشعاب ضریب  kbranch​ محاسبه و به صورت:

در طراحی، مجموع افت کلکتور نباید بیشتر از درصد معینی از افت کل سیستم (مثلاً 10–20%) باشد تا تعادل هیدرولیکی حفظ شود.

هندسه انشعاب‌ها و یکنواختی جریان

• از اتصالات مورب یا Tهای با زاویه مناسب برای کاهش گردابه و افت موضعی استفاده کنید.
• طول ورودی صاف (straight run) قبل از اولین انشعاب حداقل 5−105−10 برابر قطر کلکتور در نظر گرفته شود تا جریان توسعه یابد.
• برای دستیابی به توزیع یکنواخت بین شاخه‌ها، قطر انشعاب‌ها باید طوری انتخاب شود که افت بین مسیرهای مختلف تقریباً برابر باشد. روش‌های توازن شامل تغییر طول شاخه‌ها یا نصب بالانس ولوهای متقارن است.

توصیه‌های عملی

• برای کویل‌های کوچک تا متوسط، امکان استفاده از کلکتور با سرعت ~0.5–1.0 m/s و برای سیستم‌های بزرگ‌تر سرعت‌های پایین‌تر (~0.3–0.6 m/s) توصیه می‌شود.
• از جنس و ضخامت مناسب کلکتور برای جلوگیری از خوردگی و لرزش انتخاب کنید (مس، فولاد ضدزنگ یا لوله‌های رنگ‌شده با پوشش مناسب).
• در طراحی دقیق از نرم‌افزار هیدرولیکی یا شبیه‌سازی شبکه لوله (EPANET-like یا محاسبات اختصاصی HVAC) برای بررسی توزیع جریان و محاسبه افت‌ها استفاده کنید.
• همیشه یک حاشیه ایمنی در اندازه‌گیری‌ها لحاظ کنید و محل نصب شیرهای بالانس و گیج‌ها برای تست و متعادل‌سازی را پیش‌بینی کنید.

با رعایت موارد بالا می‌توانید کلکتورهای ورودی و خروجی را به‌صورت بهینه سایز کنید، توزیع یکنواخت جریان را تضمین کرده و افت فشار و سروصدا را در حداقل نگه دارید. در صورت تمایل، مقادیر عددی دقیق سیستم (بار Q، ΔT، تعداد تیوب، طول و قطر تیوب) را بدهید تا محاسبه نمونه و انتخاب قطرها را برایتان انجام دهم.