A sorrendezési határozat
A PTFE hőcserélő köteg több csősorból áll. Ezeknek a soroknak az elrendezése-függetlenül attól, hogy az egyik sorban lévő csövek közvetlenül az előző sorban lévő csövek mögött vannak (soron belül), vagy fél csőtávolsággal (elosztva)-kihatással vannak a hőátadásra és a nyomásesésre.
A lépcsőzetes sorok növelik a turbulenciát. A kötegen átáramló folyadék közvetlenül az útjában lévő csövekkel találkozik, nem pedig egy vonalban lévő réseken. Ez a turbulencia növeli a héj-oldali hőátadási tényezőt. De növeli a nyomásesést is a kötegben. A szivattyúzási energia emelkedik.
A beépített sorok lehetővé teszik, hogy a folyadék kisebb zavarással áthaladjon az egy vonalban lévő csatornákon. A hőátadás kisebb, de a nyomásesés is. Az optimális minta attól függ, hogy a folyamat előnyösebbé teszi-e a fokozott hőátadást vagy a csökkentett szivattyúzási költségeket.
A PTFE hőcserélőknél a csőfal alacsony hővezető képessége különösen értékessé teszi a külső hőátadás fokozását. A csőfal ellenállása már magas; A külső együttható bármilyen javulása közvetlenül javítja az általános U-értéket.
A hőátadási különbség
A csőkötegeken keresztüli keresztáramlásnál a Nusselt-szám-a dimenzió nélküli hőátadási tényező-a Reynolds-számtól, a Prandtl-számtól és a csövek elrendezésétől függ. Egy adott Reynolds-szám esetén a lépcsőzetes elrendezések 15-25%-kal magasabb Nusselt-számokat eredményeznek, mint a soros elrendezések.
A mechanizmus az örvényleválás. Lépcsőzetes elrendezésben minden cső örvényeket bocsát ki, amelyek a lefelé eső csövekbe ütköznek, megbontva a határréteget és fokozva a keveredést. Inline elrendezésben a lefelé irányuló csövek a felfelé irányuló csövek nyomában helyezkednek el. Az ébresztőfolyadék lassabb, és már fel van melegítve, ami csökkenti az effektív hőmérsékletkülönbséget.
A lépcsőzetes elrendezés hőátadási előnye a mérsékelt Reynolds-számoknál (500{2}}5000) a legkifejezettebb, ami a héjoldali áramlás tipikus tartománya a bevonó- és pácfürdőket kiszolgáló PTFE hőcserélőkben.
1. táblázat: A soros és a lépcsőzetes csőminták teljesítményének összehasonlítása (10 mm-es OD PTFE csövek, 25 mm-es középtávolság)
| Paraméter | Soron belüli (négyzetes) minta | Lépcsőzetes (háromszögletű) minta | Különbség |
|---|---|---|---|
| Relatív Nusselt-szám (Re{0}},000) | 1.0 (alapvonal) | 1.18 | +18% |
| Relatív hőátbocsátási tényező | 1.0 | 1.15-1.25 | +15-25% |
| Súrlódási tényező (csősoronként) | 1.0 (alapvonal) | 1.35 | +35% |
| Relatív nyomásesés (ugyanolyan áramlás) | 1.0 | 1.30-1.40 | +30-40% |
| Csövek térfogategységenként | 1.0 (alapvonal) | 1,15 (sűrűbb csomagolás) | +15%-kal több cső |
| Általános U{0}}érték javulás (PTFE-fallal) | 1.0 | 1.12-1.18 | +12-18% |
| A szivattyúteljesítmény növekedése | 1.0 | 1.30-1.40 | +30-40% |
| Ajánlott alkalmazás | Alacsony áramlási ellenállás kritikus | A hőátadás kritikus | A legtöbb PTFE-alkalmazás előnyben részesíti a lépcsőzetes |
A dőlésszög-–-átmérő arány
A csövek középső-középpontja közötti távolsága az átmérőjükhöz képest{2}}a osztás-/-átmérő aránya- mindkét mintát befolyásolja. A kisebb távolság növeli a turbulenciát és a hőátadást, de növeli a nyomásesést és csökkenti a tisztításhoz való hozzáférést.
A lépcsőzetes elrendezésű PTFE-csöveknél a 2,0-2,5-ös osztás-/-átmérőarány biztosítja a legjobb egyensúlyt a hőátadás fokozása és az ésszerű nyomásesés között. Az 1,8 alatti arányok olyan szoros tömítést hoznak létre, hogy a héj oldali áramlása túlzottan korlátozott. A 3,0 feletti arányok elvesztik a lépcsőzetes minta turbulencia előnyeit.
A soron belüli elrendezéseknél a 2,0-s osztástávolság-/-átmérő aránya szabványos. Az összehangolt áramlási csatornák kevésbé érzékenyek a távolságra, mint a lépcsőzetes minta.
A PTFE{0}}specifikus szempontok
A PTFE csövek rugalmasak. Lépcsőzetes elrendezésben a csöveknek meg kell őrizniük pontos távolságukat, hogy elérjék a várható hőátadás-növekedést. Ha a csövek megereszkednek vagy elmozdulnak, a lépcsőzetes mintázat leromlik, és a hőátadás a belső érték felé csökken.
A csőtartó távolsági határértékeket meg nem haladó időközönkénti tartólemezek elengedhetetlenek a tervezett elrendezés fenntartásához. A tartólemez furatait lépcsőzetesen kell fúrni, és meg kell őrizni a cső helyzetét a teljes élettartam alatt.
Összegzés
A PTFE hőcserélő kötegekben lévő lépcsőzetes csősorok 15{2}}25%-kal növelik a hőátbocsátási tényezőt a soros mintázatokhoz képest, 30-40%-kal nagyobb héjoldali nyomásesés árán. A legtöbb PTFE alkalmazásnál, ahol a csőfal ellenállása jelentős, a hőátadási nyereség indokolja a nyomásesés büntetését.
A 2,0-2,5 közötti osztás-/-átmérő arány lépcsőzetes elrendezésben optimalizálja az egyensúlyt. A megfelelő támasztólemez-távolság megőrzi a lépcsőzetes mintát a berendezés teljes élettartama alatt.
A PTFE csőköteg elrendezésének optimalizálására vonatkozó műszaki ajánlások a héj{0}}oldali áramlási sebesség, a megengedett nyomásesés, a folyadék tulajdonságai és a hőátadási követelmények benyújtása után érhetők el.
