پره ها یا سطوح گسترش یافته (Extended surfaces)
پردیس فناوری کیش_طرح مشاوره متخصصین صنعت و مدیریت_گروه فنی و مهندسی مکانیک
سطوح گسترش یافته یا پره ها (fins) سطوحی هستند که در مبحث انتقال حرارت بسیار کاربرد دارند. هنگامی که تمایل داریم حرارت از سطح داغتر به سطح خنک تر انتقال یابد با افزودن این پره ها سطح مقطع بیشتری برای تماس دو سطح گرم و سرد فراهم کرده ایم.
در ادامه توضیحات بیشتری با ارائه تصویر و مثال مفهوم پره ها را بیان میکنیم:
در مبدل های گرمایی هوا خنک (air cooler) مجموعه ای از چند لوله که حاوی سیال با دمای بالا مانند آب است؛ وجود دارد. این لوله ها توسط چند فن پوشیده شده اند. این فن ها وظیفه انتقال حرارت جابجایی (forced convection) را برعهده دارند.
بدین صورت که هوا را به روی لوله ها می دمند و هوا گرمای لوله ها را میگیرد و سبب خنک شدن سیال درون آن میشود. حال اگر سطح لوله ها افزایش یابد، انتقال حرارت بهتری صورت میگیرد. چرا که میزان هوای بیشتری با سطح لوله ها در تماس است. لذا پره هایی به این لوله ها افزوده میشود.
در انتخاب پره ها باید به چند مورد دقت کرد.
- پره از جنس یک فلز که ضریب رسانایی بالایی داشته باشد تا بتواند حرارت را سریعتر از خود عبور دهد.
- ضریب پخش گرمایی بالایی داشته باشد که به معنای کاهش میزان حرارت ذخیره شده در خود و افزایش میزان حرارت منتقل شده از خود میباشد.
- پره ها خود به عنوان نوعی مقاومت در برابر انتقال گرما هستند . لذا بازه ای برای پره انتخاب شود. که حاصل تقسیم مقدار حرارت منتقل شده از سطح در حضور پره . و مقدار حرارت منتقل شده از سطح بدون پره میباشد. این بازه باید حداقل برابر با ۲ باشد. یعنی انتقال حرارت از سطح در حضور پره ۲ برابر هنگامی باشد که پره ای نداریم.
توجه شود که محاسبه مقاومت ها و پره ها از حالت ساده شده معادله توزیع دما میباشد که در این حالت فرض شده توزیع یک بعدی، تجمع صفر و زایشی نیز نداریم.
در مدارهای الکترونیکی غالبا قطعاتی که گرمای زیادی تولید میکنند یک سطح آلومینیومی به آنها شامل پند پره متصل است. که وظیفه افزایش سطح مقطع جهت کاهش سریعتر دما را بر عهده دارد.
در شوفاژ ها که عمومی ترین کاربرد پره ها هستند؛ نیز از پره جهت افزایش سطح مقطع شوفاژ برای انتقال حرارت بیشتر استفاده میشود.