Saagistressi väljakutse
Mitte--Newtoni vedelikud koos voolavuspingega-puurimismudad, polümeerilahused, toidupastad ja teatud farmatseutilised suspensioonid-käituvad tahkete ainetena kuni kriitilise nihkepinge tekkimiseni. Ainult siis, kui kohalik nihkepinge ületab voolavuspinge, hakkab vedelik voolama. Soojendusega paagis võib soojusvaheti torude kõrval olevat vedelikku kuumutada piisavalt, et vähendada selle viskoossust, kuid kui termilised ujuvusjõud on alla voolavuspinge, siis kuumutatud vedelik ei tõuse. See jääb torude ümber seisma. Soojusülekanne variseb konvektsioonist juhtivusse.
Tavapärased soojusvahetid, mis on välja töötatud Newtoni vedelike jaoks, kus loomulik konvektsioon tagab vedeliku pideva liikumise, toimivad halvasti{0}}stressivedelike tootlikkuses. Torude vahekaugus ja kimbu geomeetria peavad olema spetsiaalselt konstrueeritud nii, et tekiksid nihkepinged, mis ületavad voolavuspinget kogu vedeliku mahus, tagades pideva ringluse ja ühtlase kuumutamise.
Kohandatud torukimbu geomeetriaga PTFE soojusvaheti lahendab selle, koondades küttepinna tsoonidesse, kus loomulik ujuvus on kõige tugevam, ja pakkudes voolukanaleid, mis juhivad vedeliku ringlust.
Geomeetria disaini põhimõtted
Torude kimp on paigutatud nii, et tekiks struktureeritud konvektsioonimuster. Ühtse ruudustiku asemel on torud rühmitatud vertikaalseteks veergudeks, mille sammaste vahe on suurem kui veergude sees. Sambad toimivad köetavate korstnatena. Kolonnides olevat vedelikku kuumutatakse, selle viskoossus langeb ja ujuvus tekitab ülesvoolu. Laiemad vahed kolonnide vahel tagavad tagasivooluteed paagi ülemistest tsoonidest laskuva jahedama vedeliku jaoks.
Torude vahekaugus igas kolonnis on seatud tekitama külgnevate torude vahelises vedelikus nihkepinget, mis ületab töötemperatuuril voolavuspinge. Nihkepinge arvutatakse kuumutatud vedelikuelemendile ja toru pindalale mõjuva ujuvusjõu järgi. Kui arvutatud nihkepinge on voolavuspingest väiksem, vähendatakse torude vahekaugust nihkekiiruse suurendamiseks.
Kimbu põhjas, kus vedelik on kõige jahedam ja voolavuspiir suurim, on torud tihedamalt pakitud. Toru suurem tihedus suurendab kohalikku kuumenemiskiirust ja ujuvusjõudu, aidates ületada voolavuspinget ja algatada tsirkulatsiooni. Kimbu ülaosas, kus vedelik on soojem ja voolavuspinge väiksem, võib torude vahe olla laiem.
| Kimbu geomeetria parameeter | Newtoni vedeliku disain | Tootlus-Stressivedeliku disain |
|---|---|---|
| Toru paigutus | Ühtne võrk | Vertikaalsed veerud laiemate{0}}veergude vahedega |
| Veerusisene-torude vahe | 2,0-2,5 × toru OD | 1,5–2,0 × toru OD (tihkem suurema nihke jaoks) |
| -veergude vahe | Sama mis intra{0}}veerus | 3,0–5,0 × toru OD (tagasivoolu kanalid) |
| Alumise tsooni toru tihedus | Vormiriietus | 20-30% kõrgem kui ühtlane |
| Ülemise tsooni toru tihedus | Vormiriietus | 20-30% madalam kui ühtlane |
| Veeru kõrgus | Paagi sügavus | Paagi sügavus (täielik sukeldumine) |
| Veergude arv | N/A (ruudustik) | 3-8 (sõltub paagi läbimõõdust) |
| Tugiplaadi disain | Ühtne augumuster | Asümmeetriline; sobib veeru paigutusega |
Kütmise alustamise-strateegia
Mahu{0}}pingevedelikud on käivitamise-probleemiks: kogu paagi sisu võib olla alla voolavuspiiri ja kuumutamise alustamisel tsirkulatsiooni ei toimu. PTFE-soojusvaheti konstruktsioon sisaldab kütte-käivitusstrateegiat. Aururõhk on esialgu piiratud, et tekitada mõõdukas toruseina temperatuur, mis soojendab vedelikku kohapeal termilist lagunemist põhjustamata. Kohalik kuumutamine vähendab järk-järgult torusid vahetult ümbritseva vedeliku voolavuspinget.
Kui piisav kogus vedelikku torude ümber on kuumutatud üle voolavuspinge ülemineku, algab ringlus. Ringlus laiendab kuumutatud tsooni järk-järgult, kuni kogu paagi sisu ringleb. Seejärel saab aururõhku tõsta normaalsele töötasemele. Protsess on analoogne tahke -lokaliseeritud sulamise sulatamisega, millele järgneb sulatsooni järkjärguline laienemine kuni konvektsiooni tekkimiseni.
PTFE eelis{0}}stressivedelike jaoks
PTFE madal pinnaenergia annab konkreetse eelise -stressivedelike saagisel. Need vedelikud kleepuvad sageli tugevalt metallpindadele, moodustades seisva kihi, mis takistab ringluse käivitamist. Mittekleepuv PTFE pind vähendab haardumist, võimaldades kuumutatud vedelikul toru pinnalt eralduda ja tõusta madalamal üleslükkejõul, kui oleks vajalik metallpinnal. Ringlus käivitub varem ja seisev tsoon kõrvaldatakse tõhusamalt.
Kokkuvõte
Kohandatud PTFE-soojusvaheti torukimbu geomeetria mitte--Newtoni voolavuspingega vedelike jaoks kasutab voolavuspinget ületava nihkejõu tekitamiseks vertikaalseid sambaid, millel on tihe -kolonni vahe, ja tagasivoolu jaoks laiu -sambavahesid. Toru suurem tihedus kimbu põhjas ületab jahedama vedeliku suurema voolavuspinge. Kontrollitud käivitamisstrateegia{5}}algatab ringluse järk-järgult. PTFE madal pinnaenergia aitab vedelikku torude pindadelt eralduda, soodustades konvektsiooni varasemat algust.
Tehniline tugi tootlikkuse{0}}stressvedeliku soojusvaheti projekteerimiseks on saadaval pärast vedeliku reoloogiliste andmete (voolupinge vs temperatuur, viskoossus vs nihkekiirus), paagi mõõtmete, töötemperatuuri vahemiku ja küttevõimsuse esitamist.
