Ridade paigutuse otsus
PTFE soojusvaheti komplekt koosneb mitmest torureast. Nende ridade paigutus-ükskõik, kas ühes reas olevad torud on vahetult eelmise rea torude taga (seeses) või poole toru vahega (jaotatud)-, mõjutab nii soojusülekannet kui ka rõhulangust.
Ajastatud read suurendavad turbulentsi. Läbi kimbu voolav vedelik puutub otse oma teel kokku torudega, mitte ei liigu läbi joondatud pilude. See turbulents suurendab kesta{2}}poolset soojusülekandetegurit. Kuid see suurendab ka rõhulangust kogu kimbus. Pumpamisenergia tõuseb.
Ridasisesed read võimaldavad vedelikul läbida joondatud kanaleid vähema häiretega. Soojusülekanne on väiksem, aga ka rõhulangus. Optimaalne muster sõltub sellest, kas protsessile on rohkem kasu suurenenud soojusülekandest või väiksematest pumpamiskuludest.
PTFE soojusvahetite puhul muudab toru seina madal soojusjuhtivus välise soojusülekande parandamise eriti väärtuslikuks. Toruseina takistus on juba kõrge; mis tahes välise koefitsiendi parandamine parandab otseselt üldist U-väärtust.
Soojusülekande erinevus
Torukimpude ristvoolu korral sõltub Nusselti arv-mõõtmeteta soojusülekandetegur-Reynoldsi arvust, Prandtli arvust ja torude paigutusest. Antud Reynoldsi arvu korral annavad astmelised paigutused 15–25% kõrgemad Nusselti numbrid kui sisemised paigutused.
Mehhanism on pöörisheide. Astmelise paigutuse korral heidab iga toru keerised, mis põrkuvad allavoolu torudele, häirides piirkihti ja suurendades segunemist. Sisseehitatud paigutuses asuvad allavoolu torud ülesvoolu torude järel. Äratusvedelik on aeglasem ja on juba kuumutatud, vähendades efektiivset temperatuuride erinevust.
Ajastatud paigutuse soojusülekande eelis on kõige selgem mõõdukate Reynoldsi arvude puhul (500-5000), mis on tüüpiline kestapoolse voolu vahemik PTFE-soojusvahetites, mis teenindavad plaadistus- ja peitsimisvanne.
Tabel 1. Sisesiste ja astmeliste torumustrite (10 mm OD PTFE torud, 25 mm keskmiste vahekaugus) toimivuse võrdlus
| Parameeter | Tekstisisene (ruudukujuline) muster | Ajastatud (kolmnurkne) muster | Erinevus |
|---|---|---|---|
| Suhteline Nusselti arv (Re{0}} 000) | 1.0 (alustase) | 1.18 | +18% |
| Suhteline soojusülekandetegur | 1.0 | 1.15-1.25 | +15-25% |
| Hõõrdetegur (torurea kohta) | 1.0 (alustase) | 1.35 | +35% |
| Suhteline rõhulang (sama vool) | 1.0 | 1.30-1.40 | +30-40% |
| Torud mahuühiku kohta | 1.0 (alustase) | 1,15 (tihedam pakend) | +15% rohkem torusid |
| Üldine U{0}}väärtuse paranemine (PTFE seinaga) | 1.0 | 1.12-1.18 | +12-18% |
| Pumpamisvõimsuse suurenemine | 1.0 | 1.30-1.40 | +30-40% |
| Soovitatav rakendus | Madal voolutakistus kriitiline | Soojusülekanne kriitiline | Enamik PTFE rakendusi eelistab ajatatud |
Sammu- ja-diameetri suhe
Torude tsentrite -keskpunktide vaheline-vahe nende läbimõõdu suhtes-sammu- ja-läbimõõdu suhe- mõjutab mõlemat mustrit. Lähem vahekaugus suurendab turbulentsi ja soojusülekannet, kuid suurendab ka rõhulangust ja vähendab juurdepääsu puhastamisele.
Astmelise paigutusega PTFE-torude puhul tagab sammu-ja-läbimõõdu suhe 2,0-2,5 parima tasakaalu soojusülekande parandamise ja mõistliku rõhulanguse vahel. Suhted alla 1,8 loovad nii tiheda tihendi, et korpusepoolne vool on liiga piiratud. Suhtarvud üle 3,0 kaotavad astmelise mustri turbulentsi eelise.
Reasisese paigutuse puhul on standardne sammu{0}}ja-läbimõõdu suhe 2,0. Joondatud voolukanalid on vahekauguse suhtes vähem tundlikud kui astmeline muster.
PTFE{0}}spetsiifiline kaalutlus
PTFE torud on paindlikud. Astmestatud paigutuses peavad torud säilitama oma täpse vahekauguse, et saavutada prognoositav soojusülekande paranemine. Kui torud vajuvad või nihkuvad, siis astmeline muster halveneb ja soojusülekanne langeb sisemise väärtuse suunas.
Tugiplaadid, mille vahekaugus ei ületa toru toe vahekauguse piire, on kavandatud paigutuse säilitamiseks hädavajalikud. Tugiplaadi augud tuleb puurida astmelise mustriga ja säilitada toru asend kogu kasutusaja jooksul.
Kokkuvõte
Ajastatud toruridade mustrid PTFE-soojusvaheti kimpudes suurendavad soojusülekandekoefitsienti 15{2}}25% võrra võrreldes sisemustritega, mille arvel on 30–40% suurem korpusepoolse rõhulangus. Enamiku PTFE rakenduste puhul, kus toru seina takistus on märkimisväärne, õigustab soojusülekande võimendus rõhulanguse trahvi.
Tasakaalu optimeerib samm{0}}ja-läbimõõdu suhe 2,0–2,5 astmelise paigutusega. Piisav tugiplaatide vahe säilitab astmelise mustri kogu seadme eluea jooksul.
Tehnilised soovitused PTFE torukimbu paigutuse optimeerimiseks on saadaval pärast kesta{0}}poolse voolukiiruse, lubatud rõhulanguse, vedeliku omaduste ja soojusülekande nõuete esitamist.
