Oklopni-i-cijevni izmjenjivači topline naširoko su korišteni uređaji za izmjenu topline u industriji i energetici. Njihov princip rada temelji se na prijenosu topline između dvije tekućine kroz čvrstu stijenku. Oni postižu učinkovit prijenos topline korištenjem protu-struje ili poprečnog-toka tekućina unutar cijevi i tekućina na-strani školjke. Zbog svoje robusne strukture, prilagodljivosti i sposobnosti rukovanja složenim radnim uvjetima, ovi uređaji preuzimaju kritične zadatke izmjene topline u rashladnim, kemijskim, HVAC i energetskim sustavima.
Osnovna struktura školjka-i-cijevnih izmjenjivača topline uključuje omotač, snop cijevi, cijevni lim, pregrade i završne kapice. Cijevni snop sastoji se od nekoliko paralelnih cijevi, pričvršćenih na oba kraja za cijevni lim, tvoreći tako zatvoreni cijevni kanal. Omotač okružuje snop cijevi kako bi formirao bočni prostor-ljuske, spojen na oba kraja s cijevnom pločom i završnim poklopcima, čineći potpunu komoru za protok tekućine. Kada oprema radi, jedna tekućina teče unutar cijevi, koja se naziva tekućina-strane cijevi; druga tekućina teče oko snopa cijevi na strani ljuske, koja se naziva tekućina na-strani ljuske. Toplina se prenosi s tekućine visoke-temperature na tekućinu niske-temperature kroz stijenke cijevi, postižući svrhu grijanja ili hlađenja.
Učinkovitost prijenosa topline ovisi o stanju strujanja fluida i temperaturnoj razlici. Kako bi se poboljšao koeficijent prijenosa topline, pregrade se obično ugrađuju na stranu ljuske kako bi vodile tekućinu da teče preko snopa cijevi na poprečan ili kosi način, stvarajući više zavoja i više-prolaz. Ovaj uzorak strujanja remeti laminarni granični sloj, pojačava turbulenciju, čime se povećava brzina izmjene topline i čini raspodjela temperature ravnomjernijom. Razmak i oblik pregrada treba optimizirati na temelju brzine protoka-na strani ljuske, pada tlaka i zahtjeva za prigušivanje vibracija kako bi se izbjeglo oštećenje snopa cijevi uzrokovano zamorom uzrokovano vibracijama-tekućinom.
Tijekom prijenosa topline, tekućine na strani cijevi i strani ljuske mogu biti raspoređene u konfiguracijama protu-struje, isto-struje ili križnog-toka. Raspored protu{4}}struja omogućuje dvjema tekućinama da održavaju veliku prosječnu temperaturnu razliku tijekom procesa izmjene topline, čime se postiže veća teoretska učinkovitost prijenosa topline; ko-strujni raspored rezultira velikom temperaturnom razlikom na ulazu i malom temperaturnom razlikom na izlazu, što dovodi do relativno niže učinkovitosti prijenosa topline; poprečni-protok često se koristi u više-prolaznim strukturama kako bi se uravnotežilo korištenje temperaturne razlike sa strukturnom kompaktnošću. U praktičnim projektima, kombinacija višestrukih prolaza cijevi i višestrukih prolaza ljuske često se koristi za povećanje područja prijenosa topline unutar ograničenog volumena i ispunjavanja različitih zahtjeva ulazne i izlazne temperature.
Toplinska vodljivost materijala stijenke cijevi izravno utječe na brzinu prijenosa topline. Stoga se odgovarajući materijali cijevi, poput bakra, nehrđajućeg čelika, ugljičnog čelika ili posebnih legura, moraju odabrati na temelju kemijskih svojstava, temperature i tlaka medija. Istodobno, protok tekućine treba kontrolirati unutar razumnog raspona. Prenizak protok može lako dovesti do onečišćenja i pogoršanja prijenosa topline, dok previsok protok povećava otpor protoka i rizik od erozije. Za medije sklone zaprljanju ili s visokom viskoznošću, kanali za čišćenje mogu se rezervirati u konstrukcijskom dizajnu ili se mogu koristiti odvojivi snopovi cijevi za olakšavanje uklanjanja zaprljanja i obnavljanje performansi tijekom održavanja.
Učinci razlika u toplinskom širenju također se moraju uzeti u obzir tijekom rada ljuskastih i-cijevnih izmjenjivača topline. Strukture fiksnih cijevnih ploča prikladne su za uvjete s malim temperaturnim razlikama. Međutim, kada je temperaturna razlika između strane cijevi i strane omotača velika, tipično se koriste konstrukcije s plutajućom glavom ili U-cijevi, čime se nekim snopovima cijevi omogućuje slobodno širenje i skupljanje, izbjegavajući oštećenje cijevne ploče ili cijevi uslijed toplinskog naprezanja.
Općenito, princip rada ljuskastog-i-cijevnih izmjenjivača topline je prijenos topline između tekućina unutar cijevi i strane ljuske kroz stijenku snopa cijevi. Poboljšava prijenos topline s razumnim dizajnom kanala protoka i strukturom pregrada, te uzima u obzir otpornost na pritisak, otpornost na koroziju i kompenzaciju toplinskog naprezanja pri odabiru materijala i strukturnom rasporedu, čime se postiže stabilna i učinkovita izmjena topline i zadovoljava potrebe upravljanja toplinom u raznim industrijskim i energetskim područjima.
