تأثیر عیوب خم 180 درجه در ناحیه یو بر عملکرد کویل فین-تیوب

تأثیر عیوب خم 180 درجه (استاندارد، چین‌خوردگی و دوپهــــن‌شدگی) در ناحیه یو بر عملکرد کویل فین-تیوب

در کویل‌های فین-تیوب، ناحیه خم 180 درجه (یو) نقش حساسی در توزیع جریان سیال، انتقال حرارت و افت فشار دارد. وقتی خم به‌صورت استاندارد و با هندسه صحیح ساخته شود، میدان سرعت و توزیع دما در داخل تیوب مطلوب است؛ اما در صورت عیوب ساختی دو نوع معیوب متداول در ناحیه یو دیده می‌شود: چین‌خوردگی (local corrugation) و دوپهــــن‌شدگی (local flattening). در ادامه هر سه حالت با تمرکز مهندسی بررسی می‌شوند.

1. حالت استاندارد (خم 180 درجه صحیح)

• هندسه: انحنای قوس یکنواخت با شعاع خم مطابق مشخصات طراحی؛ سطح داخلی صاف و قطر عبوری حفظ شده است.
• اثرات سیال‌/حرارتی: جریان تقریباً بدون جداشدگی یا گردابه‌های بزرگ نگه داشته می‌شود، توزیع سرعت و دما پایدار است و ضریب همرفتی داخلی نزدیک به مقدار طراحی‌شده خواهد بود.
• افت فشار و پمپاژ: افت فشار حداقلی و پیش‌بینی‌پذیر است؛ نیاز به توان پمپاژ در محدوده طراحی.
• دوام ساختاری و تماس با فین: تماس مکانیکی و انتقال حرارت بین تیوب و فین حفظ می‌شود؛ عمر خستگی خم در محدوده انتظار.

• 2. حالت چین‌خوردگی در ناحیه یو (local corrugation)

• هندسه: ظهور چین‌های محلی در جداره داخلی یا خارجی خم باعث تغییر نرمال مقطع محلی می‌شود؛ پروفیل داخلی ناهموار می‌شود.
• اثرات سیال‌/حرارتی: ناهمواری باعث تولید آشفتگی‌های محلی، لایه‌مرزی ناپایدار و افزایش اختلاط می‌شود که می‌تواند ضریب انتقال حرارت را موضعی افزایش دهد.
• افت فشار و پمپاژ: افزایش قابل‌ملاحظه افت فشار ناشی از مقاومت بیشتر و ناپایداری جریان؛ مصرف انرژی پمپ افزایش می‌یابد.
• معایب عملیاتی: تجمع رسوب و گرفتگی در چین‌ها محتمل‌تر است، بازرسی و تمیزکاری دشوارتر؛ تنش‌های موضعی و احتمال شروع ترک خستگی در نقاط تمرکز تنش افزایش می‌یابد.

• 3. حالت دوپهــن‌شدگی در ناحیه یو (local flattening)

• هندسه: کاهش قطر محلی و تغییر شکل بیضوی یا فشرده‌شده که مقطع عبوری و نسبت محیط مرطوب را تغییر می‌دهد.
• اثرات سیال‌/حرارتی: سرعت متوسط سیال در ناحیه فشرده‌شده افزایش می‌یابد که ممکن است ضریب همرفتی را موضعی بالا ببرد؛ اما میدان جریان دچار بازتوزیع و جداشدگی/گردابه‌های غیرمرغوب می‌شود.
• افت فشار و پمپاژ: افت فشار به‌خاطر کاهش مقطع و آشفتگی افزایش می‌یابد؛ احتمال افزایش فشار برگشتی به منبع تغذیه وجود دارد.
• معایب ساختاری و عملکردی: تغییر شکل می‌تواند تماس مکانیکی تیوب با فین را نامطلوب کند (کاهش یا توزیع نامناسب تماس حرارتی)، تمرکز تنش و نازکی دیواره در نقاط فشردگی، و حساسیت بیشتر به خوردگی موضعی و نشتی.

جمع‌بندی مهندسی:

• خم 180 درجه استاندارد مطلوب‌ترین حالت است: عملکرد حرارتی، افت فشار و دوام ساختاری در محدوده طراحی قرار دارد.
• چین‌خوردگی و دوپهــــن‌شدگی هر دو عیوب نامطلوب‌اند؛ گرچه هر کدام می‌توانند به‌صورت موضعی انتقال حرارت را تغییر دهند، اما هزینه‌های عملیاتی (افزایش افت فشار، نیاز به توان پمپاژ)، ریسک‌های خوردگی/رسوب، و کاهش دوام مکانیکی غالباً بر هر مزیت موضعی غلبه می‌کند.توصیه مهندسی: جلوگیری از این عیوب با کنترل فرایند خم‌کاری (استفاده از قالب/ریب‌دار، تنظیم شعاع خم، روانکاری مناسب)، بازرسی بصری/غیرمخرب متمرکز بر نواحی یو و در صورت مشاهده عیب، ارزیابی CFD موضعی و در نهایت ترمیم یا تعویض قطعات آسیب‌دیده.