A viszkozitási büntetés
A hőátadási tankönyvek U-értékbecsléseket adnak vízre-, mint a közepes sebességű folyadékokra. Ezek a becslések kudarcot vallanak, ha nagy-viszkozitású polimer oldatokra-polivinil-alkoholra, karboxi-metil-cellulózra vagy koncentrált latex emulziókra{5}} alkalmazzák, ahol a viszkozitás 100 és 10 000 centipoise között van.
Ezekben a folyadékokban a Reynolds-szám alacsony. Az áramlás lamináris. A termikus határréteg vastag. A természetes konvekció elnyomott. A PTFE hőcserélő teljes hőátbocsátási tényezője 50-100 W/m²·K-egy-harmadára-egyötödére csökkenhet a vízzel elérhető 280 W/m²·K értéknek.
A leértékelési tényező alkalmazása a víz{0}}alapú U-értékre a standard tervezési megközelítés. Egyetlen leértékelési tényező azonban nem elegendő, mert a viszkozitás hőmérséklet--függő. A forró PTFE felület közelében lévő folyadék viszkozitása alacsonyabb, mint az ömlesztett folyadék. Ez önnövelő hőátadási hatást hoz létre, amelyet egy egyszerű állandó leértékelési tényező nem képes rögzíteni.
A hőmérséklet{0}}viszkozitás visszajelzése
A polimer oldatok erős hőmérséklet-{0}}viszkozitásfüggést mutatnak. Egy 25 fokon 1000 cP viszkozitású oldat viszkozitása 60 fokon csak 200 cP lehet -ötszörös csökkenés. Amikor ez a folyadék 80{12}}100 fokban érintkezik a PTFE-cső falával, a határrétegben lévő folyadék a fal és a térfogathőmérséklet közötti hőmérsékletre melegszik fel. A viszkozitása jelentősen csökken. A csökkentett viszkozitás javítja a hőátadást ahhoz képest, amit az ömlesztett hőmérsékleti viszkozitást használó számítás előre jelez.
Ez a hőmérséklet{0}}viszkozitási visszacsatolás részben ellensúlyozza a lamináris áramlási büntetés mértékét. Az a PTFE hőcserélő, amely az ömlesztett viszkozitási számítások alapján erősen alulméretezettnek tűnik, megfelelően működhet, mivel a felmelegített határréteg folyadék a feltételezettnél sokkal kevésbé viszkózus.
A helyes leértékelési tényező magyarázza ezt a hatást. Ez nem egy rögzített szorzó, hanem az adott polimeroldat viszkozitása{1}}hőmérséklet viszonyának függvénye.
1. táblázat: U-U-érték-csökkentő tényezők PTFE-hőcserélőknél nagy-viszkozitású folyadékokban
| Tömeges folyadék viszkozitása üzemi hőmérsékleten (cP) | Hőmérséklet{0}}viszkozitásérzékenység | Javasolt U{0}}érték (W/m²·K) | Leértékelési tényező a vízhez viszonyítva (280 W/m²·K) | Megjegyzések |
|---|---|---|---|---|
| 1-10 (vízszerű) | Alacsony | 250-280 | 0.9-1.0 | Elhanyagolható viszkozitási büntetés |
| 10-50 | Mérsékelt | 180-240 | 0.65-0.85 | Enyhe lamináris hatások |
| 50-200 | Közepes{0}}Magas | 120-180 | 0.43-0.65 | Lamináris áramlás domináns |
| 200-500 | Magas | 80-130 | 0.29-0.46 | Erős hőmérséklet{0}}viszkozitás-visszajelzés |
| 500-2,000 | Magas | 60-100 | 0.21-0.36 | Jelentős visszajelzések; az agitáció rendkívül előnyös |
| 2,000-10,000 | Nagyon magas | 40-70 | 0.14-0.25 | Mechanikus keverés elengedhetetlen; természetes konvekció elhanyagolható |
U-values assume moderate mechanical agitation (impeller Reynolds >100). Állandó folyadékok esetén csökkentse az U-értékeket 30-50%-kal.
Az agitációs szorzó
A nagy viszkozitású folyadékokban a természetes konvekció gyenge vagy hiányzik. A hőátadás teljes mértékben a mechanikus keverésből származó kényszerkonvekción alapul. Keverés nélkül a felmelegített folyadékréteg a PTFE csövek körül stagnál. A hőátadás -korlátozott vezetési sebességre csökken.
A táblázatban szereplő U-értékek megfelelő mechanikai keverést feltételeznek. Mechanikus keverés nélküli tartályok esetén az U-értékeket további 30-50%-kal kell csökkenteni. A PTFE hőcserélő kialakításának tartalmaznia kell a keverési előírásokat a termikus méretezés szerves részeként.
A 2000 cP-nél nagyobb viszkozitású folyadékoknál a mechanikus keverés nem kötelező,-ez feltétel a hasznos hőátadási sebesség eléréséhez. A keverő teljesítményét és a járókerék kialakítását a hőcserélő felülete mellett kell megadni.
Méretezési határ a bizonytalanság miatt
A polimer oldatok viszkozitási adatait gyakran néhány különálló hőmérsékleten mérik és extrapolálják. Az extrapoláció bizonytalanságot okoz az U-érték számításában. 15-25%-os nagyobb felületű konzervatív mérethatár ajánlott olyan alkalmazásokhoz, ahol a viszkozitási adatok minősége bizonytalan.
Ha lehetséges, a tényleges technológiai folyadékkal végzett kísérleti-méretű hőátadási teszt biztosítja a legmegbízhatóbb U-értékadatokat. A teszt egy kis PTFE-tekercset használ, amelyet a technológiai folyadék mintájába merítenek, és mérik a hőbevitelt és a hőmérséklet-választ. Az eredményül kapott U-érték a teljes-méretű hőcserélőre skálázódik a bizonytalanság csökkentése nélkül.
Összegzés
A nagy -viszkozitású polimer oldatokban működő PTFE hőcserélőkhöz 0,14 és 0,85 közötti U-érték-csökkentési tényezők szükségesek a víz- alapú tervezési értékekhez képest, a térfogati viszkozitástól és a hőmérséklet-érzékenységtől függően. A hőmérsékleti -viszkozitás visszacsatolási hatása a fűtött határrétegben részben ellensúlyozza a lamináris áramlási kárt.
A mechanikus keverés elengedhetetlen a hasznos hőátadáshoz 500 cP feletti folyadékokban. A 15{4}}25%-os mérethatárok a viszkozitási adatok bizonytalanságáért felelősek. Kritikus alkalmazások esetén a kísérleti léptékű hőátadási tesztelés kiküszöböli a leértékelési bizonytalanságot.
A PTFE-hőcserélők méretezésének műszaki elemzése bizonyos nagy{0}}viszkozitású alkalmazásokhoz a folyadék viszkozitási-hőmérsékletére vonatkozó adatok, az üzemi hőmérséklet-tartomány, a keverési mód és intenzitás, valamint a szükséges hőterhelési adatok benyújtásával érhető el.
