مبدل های حرارتی لوله ای دستگاه های تبادل حرارتی بسیار کارآمد هستند که به طور گسترده در صنایع شیمیایی، نفت، برق و HVAC استفاده می شود. عملکرد اصلی آنها دستیابی به فرآیندهای گرمایش، سرمایش یا تراکم از طریق انتقال حرارت بین سیال داخل و خارج لوله ها است.
ساختار اصلی یک مبدل حرارتی لولهای شامل یک سری بستههای لوله فلزی است که معمولاً در یک پوسته استوانهای ثابت میشوند و دو کانال سیال را تشکیل میدهند: سمت لوله و سمت پوسته. در حین کار، یک سیال (مثلاً یک سیال با دمای بالا) در داخل لولهها جریان مییابد که سیال کناری لوله نامیده میشود. سیال دیگر (مثلاً یک سیال با دمای پایین) بین لولهها و پوسته جریان دارد که سیال جانبی پوسته نامیده میشود. این دو سیال گرما را از طریق دیواره های لوله مبادله می کنند اما معمولاً مستقیماً با هم مخلوط نمی شوند.
اصل کار آنها بر اساس هدایت گرما و همرفت است. هنگامی که اختلاف دما بین سیالات-سمت و پوسته- لوله وجود دارد، گرما از سیال با دمای بالا به دیواره لوله منتقل میشود، سپس از طریق هدایت حرارتی دیواره لوله به طرف دیگر دیواره لوله منتقل میشود و در نهایت از دیواره لوله به سیال جانبی{4} منتقل میشود. این فرآیند از قانون هدایت گرما فوریه و قانون سرد شدن نیوتن پیروی می کند، به این معنی که سرعت انتقال حرارت با اختلاف دما، مساحت انتقال حرارت و ضریب انتقال حرارت نسبت مستقیم دارد.
راندمان انتقال حرارت یک مبدل حرارتی لوله ای تحت تأثیر عوامل مختلفی از جمله قطر لوله، طول لوله، سرعت سیال، رسانایی حرارتی مواد لوله و خواص فیزیکی خود سیال (مانند ویسکوزیته و ظرفیت گرمایی ویژه) است. برای بهبود راندمان انتقال حرارت، روشهایی مانند افزایش سطح انتقال حرارت، بهینهسازی الگوهای جریان سیال (مثلاً استفاده از بافل)، و استفاده از انواع لولههای با راندمان بالا (مثلاً لولههای رزوهدار یا لولههای پرهدار) معمولاً استفاده میشوند.
علاوه بر این، مبدلهای حرارتی لولهای را میتوان در اشکال ساختاری مختلف طراحی کرد تا نیازهای خاص را برآورده کند، مانند صفحات لوله ثابت، سر شناور، یا انواع لوله U-، تا با فشارها، دماها، و الزامات تمیز کردن و نگهداری متفاوت سازگار شود. آنها بسیار قابل اعتماد هستند و دارای طیف گسترده ای از کاربردها هستند و آنها را به یکی از مهمترین تجهیزات در زمینه تبادل حرارت صنعتی تبدیل می کند.
