Odluka o rasporedu redova
PTFE snop izmjenjivača topline sastoji se od više redova cijevi. Raspored ovih redova-bez obzira da li su cijevi u jednom redu direktno iza onih u prethodnom redu (u liniji) ili su pomjerene za pola razmaka cijevi (razmaknute)-utječe i na prijenos topline i pad pritiska.
Pomaknuti redovi povećavaju turbulenciju. Tečnost koja teče kroz snop nailazi na cijevi direktno na svom putu umjesto da prolazi kroz poravnate praznine. Ova turbulencija povećava koeficijent prijenosa topline-strane ljuske. Ali to također povećava pad tlaka u snopu. Energija pumpanja raste.
Inline redovi omogućavaju fluidu da prolazi kroz poravnate kanale uz manje smetnji. Prijenos topline je manji, ali i pad tlaka. Optimalni obrazac ovisi o tome da li proces ima više koristi od poboljšanog prijenosa topline ili od smanjenih troškova pumpanja.
Za PTFE izmjenjivače topline, niska toplinska provodljivost stijenke cijevi čini povećanje vanjskog prijenosa topline posebno vrijednim. Otpor zida cijevi je već visok; svako poboljšanje eksternog koeficijenta direktno poboljšava ukupnu U-vrijednost.
Razlika u prijenosu topline
U poprečnim snopovima cijevi, Nusseltov broj-bezdimenzionalni koeficijent prijenosa topline-zavisi od Reynoldsovog broja, Prandtlovog broja i rasporeda cijevi. Za dati Reynoldsov broj, raspoređeni aranžmani proizvode 15-25% više Nusseltove brojeve od inline aranžmana.
Mehanizam je vorteks prolivanje. U raspoređenom rasporedu, svaka cijev baca vrtloge koji udaraju u nizvodne cijevi, narušavajući granični sloj i poboljšavajući miješanje. U linijskom rasporedu, nizvodne cijevi sjede iza uzvodnih cijevi. Tečnost za buđenje je sporija i već je zagrejana, smanjujući efektivnu temperaturnu razliku.
Prednost prijenosa topline raspoređenog rasporeda je najizraženija pri umjerenim Reynoldsovim brojevima (500-5,000), što je tipičan raspon za protok na strani kućišta u PTFE izmjenjivačima topline koji služe kupkama za oblaganje i kiseljenje.
Tabela 1: Poređenje performansi linijskih i raspoređenih uzoraka cijevi (10 mm OD PTFE cijevi, 25 mm središnji razmak)
| Parametar | Inline (kvadratni) uzorak | Pomaknuti (trouglasti) uzorak | Razlika |
|---|---|---|---|
| Relativni Nusselt broj (Re=2,000) | 1.0 (osnovni) | 1.18 | +18% |
| Relativni koeficijent prolaza toplote | 1.0 | 1.15-1.25 | +15-25% |
| Faktor trenja (po redu cijevi) | 1.0 (osnovni) | 1.35 | +35% |
| Relativni pad pritiska (isti protok) | 1.0 | 1.30-1.40 | +30-40% |
| Cijevi po jedinici zapremine | 1.0 (osnovni) | 1,15 (gušće pakovanje) | +15% više cijevi |
| Sveukupno poboljšanje U{0}}vrijednosti (sa PTFE zidom) | 1.0 | 1.12-1.18 | +12-18% |
| Povećanje snage pumpe | 1.0 | 1.30-1.40 | +30-40% |
| Preporučena primjena | Nizak otpor protoka je kritičan | Prijenos topline kritičan | Većina PTFE aplikacija daje prednost raspoređenom |
Odnos nagiba-prema-promjeru
Središte-od-centralnog razmaka cijevi u odnosu na njihov promjer-razmak-prema-omjeru promjera-utječe na oba uzorka. Bliži razmak povećava turbulenciju i prijenos topline, ali također povećava pad tlaka i smanjuje pristup za čišćenje.
Za PTFE cijevi u poređanom rasporedu, omjer nagiba-prema-promjera od 2,0-2,5 pruža najbolji balans poboljšanja prijenosa topline i razumnog pada pritiska. Omjeri ispod 1,8 stvaraju tako čvrsto pakovanje da je protok na strani školjke pretjerano ograničen. Omjeri iznad 3,0 gube prednost turbulencije raspoređenog uzorka.
Za inline aranžmane, omjer nagiba-prema-promjeru od 2,0 je standardan. Poravnani kanali protoka su manje osjetljivi na razmak od raspoređenog uzorka.
PTFE{0}}Posebno razmatranje
PTFE cijevi su fleksibilne. U raspoređenim rasporedima, cijevi moraju održavati svoj precizan razmak kako bi se postiglo predviđeno poboljšanje prijenosa topline. Ako cijevi popuštaju ili se pomjeraju, pomak se degradira, a prijenos topline opada prema inline vrijednosti.
Noseće ploče u intervalima koji ne prelaze granice razmaka nosača cijevi su od suštinskog značaja za održavanje predviđenog rasporeda. Rupe na potpornoj ploči moraju biti izbušene prema raspoređenom uzorku i održavati položaj cijevi tokom cijelog vijeka trajanja.
Rezime
Postepeni uzorci cijevi u snopovima PTFE izmjenjivača topline povećavaju koeficijent prijenosa topline za 15-25% u poređenju sa inline uzorcima, po cijeni od 30-40% većeg pada pritiska na strani kućišta. Za većinu PTFE aplikacija, gdje je otpor stijenke cijevi značajan, dobitak prijenosa topline opravdava kaznu za pad tlaka.
Odnos nagiba-prema-promjeru od 2,0-2,5 u raspoređenom rasporedu optimizira ravnotežu. Adekvatan razmak potpornih ploča održava pomaknuti obrazac tokom cijelog vijeka trajanja opreme.
Inženjerske preporuke za optimizaciju rasporeda snopova PTFE cijevi dostupne su nakon podnošenja zahtjeva za protok -bočne strane, dozvoljeni pad pritiska, svojstva fluida i zahtjeve za prijenosom topline.
