Viskoossuse karistus
Soojusülekande õpikud pakuvad U-väärtuse hinnanguid vee-nagu vedelike jaoks mõõduka kiirusega. Need hinnangud ebaõnnestuvad, kui neid kasutatakse kõrge -viskoossusega polümeerilahuste-polüvinüülalkoholi, karboksümetüültselluloosi või kontsentreeritud lateksemulsioonide puhul,{5}} mille viskoossus on vahemikus 100–10 000 sentipoisi.
Nendes vedelikes on Reynoldsi arv madal. Voolu on laminaarne. Termiline piirkiht on paks. Loomulik konvektsioon on alla surutud. PTFE-soojusvaheti üldine soojusülekandetegur võib langeda 50-100 W/m²·K-ühe-kolmandiku kuni ühe viiendiku veega saavutatavast 280 W/m²·K-st.
Standardne kavandamisviis on vee{0}}põhisele U-väärtusele alandamisteguri rakendamine. Kuid ühest vähendamistegurist ei piisa, kuna viskoossus sõltub temperatuurist. Kuuma PTFE pinna lähedal oleval vedelikul on madalam viskoossus kui lahtisel vedelikul. See loob ise-paraneva soojusülekande efekti, mida lihtne konstantne amortisatsioonitegur ei taba.
Temperatuuri{0}}viskoossuse tagasiside
Polümeerlahused sõltuvad tugevalt temperatuuri{0}}viskoossusest. Lahuse viskoossusega 1000 cP 25 kraadi juures võib viskoossus 60 kraadi juures olla ainult 200 cP -viis korda väiksem. Kui see vedelik puutub kokku PTFE toru seinaga 80{12}}100 kraadi juures, soojeneb piirkihis olev vedelik temperatuurini, mis jääb seina ja koguhulga temperatuuride vahele. Selle viskoossus langeb märkimisväärselt. Vähendatud viskoossus parandab soojusülekannet võrreldes sellega, mida võiks ennustada massitemperatuuri viskoossust kasutav arvutus.
See temperatuuri{0}}viskoossuse tagasiside kompenseerib osaliselt laminaarse voolu trahvi. PTFE-soojusvaheti, mis näib massiviskoossuse arvutuste põhjal tugevalt alamõõduline, võib toimida adekvaatselt, kuna kuumutatud piirkihi vedelik on arvatust palju vähem viskoosne.
Õige alandustegur arvestab seda mõju. See ei ole fikseeritud kordaja, vaid konkreetse polümeerilahuse viskoossuse{1}}temperatuuri suhte funktsioon.
Tabel 1: U-Väärtust vähendavad tegurid PTFE-soojusvahetite jaoks kõrge-viskoossusega vedelikes
| Vedeliku maht viskoossus töötemperatuuril (cP) | Temperatuuri{0}}Viskoossuse tundlikkus | Soovitatav U{0}}väärtus (W/m²·K) | Vähendustegur vee suhtes (280 W/m²·K) | Märkmed |
|---|---|---|---|---|
| 1-10 (veetaoline) | Madal | 250-280 | 0.9-1.0 | Tähelepanelik viskoossustrahv |
| 10-50 | Mõõdukas | 180-240 | 0.65-0.85 | Kerged laminaarsed efektid |
| 50-200 | Mõõdukas-Kõrge | 120-180 | 0.43-0.65 | Laminaarne vool domineeriv |
| 200-500 | Kõrge | 80-130 | 0.29-0.46 | Tugev temperatuuri{0}}viskoossuse tagasiside |
| 500-2,000 | Kõrge | 60-100 | 0.21-0.36 | Märkimisväärne tagasiside; agitatsioon on väga kasulik |
| 2,000-10,000 | Väga kõrge | 40-70 | 0.14-0.25 | Mehaaniline segamine hädavajalik; loomulik konvektsioon tühine |
U-values assume moderate mechanical agitation (impeller Reynolds >100). Gaasivedelike puhul vähendage U-väärtusi 30–50%.
Agitatsiooni kordaja
Suure viskoossusega vedelikes on loomulik konvektsioon nõrk või puudub. Soojusülekanne sõltub täielikult mehaanilisest segamisest tingitud sundkonvektsioonil. Ilma segamiseta PTFE torude ümber olev kuumutatud vedelikukiht stagneerub. Soojusülekanne langeb -piiratud juhtivuskiiruseni.
Tabeli U-väärtused eeldavad piisavat mehaanilist segamist. Ilma mehaanilise segamiseta paakide puhul tuleks U-väärtusi vähendada veel 30–50%. PTFE-soojusvaheti konstruktsioon peab sisaldama termilise suuruse lahutamatu osana segamisspetsifikatsioone.
Vedelike puhul, mille viskoossus on üle 2000 cP, ei ole mehaaniline segamine valikuline-see on kasulike soojusülekandekiiruste saavutamiseks vajalik. Segaja võimsus ja tiiviku konstruktsioon tuleks täpsustada koos soojusvaheti pindalaga.
Ebakindluse suuruse piirmäär
Polümeerilahuste viskoossuse andmeid mõõdetakse sageli mõnel diskreetsel temperatuuril ja ekstrapoleeritakse. Ekstrapoleerimine põhjustab U-väärtuse arvutamisel ebakindlust. Rakenduste puhul, mille viskoossusandmete kvaliteet on ebakindel, on soovitatav kasutada konservatiivset suurusvaru 15–25% lisapinnast.
Piloot-skaala soojusülekande test tegeliku protsessivedelikuga annab võimaluse korral kõige usaldusväärsemad U-väärtuse andmed. Katses kasutatakse väikest PTFE mähist, mis on sukeldatud protsessivedeliku proovi, mõõdetud soojussisendi ja temperatuurireaktsiooniga. Saadud U-väärtus skaleeritakse täissuuruses -vahetajale ilma ebakindlust vähendamata.
Kokkuvõte
PTFE-soojusvahetid, mis töötavad suure-viskoossusega polümeerilahustes, nõuavad U-väärtuse vähendamise koefitsiente 0,14–0,85 vee-põhiste projekteerimisväärtuste suhtes, olenevalt viskoossusest ja temperatuuritundlikkusest. Temperatuuri -viskoossuse tagasisideefekt kuumutatud piirkihis kompenseerib osaliselt laminaarse voolu trahvi.
Mehaaniline segamine on kasuliku soojusülekande jaoks oluline vedelikes üle 500 cP. Suuruse marginaalid 15-25% põhjustavad viskoossuse andmete ebakindlust. Kriitiliste rakenduste puhul välistab pilootmastaabis soojusülekande testimine alandamise määramatuse.
Tehniline analüüs PTFE-soojusvaheti suuruse määramiseks spetsiifilistes suure{0}viskoossusega rakendustes on saadaval pärast vedeliku viskoossuse-temperatuuri andmete, töötemperatuuri vahemiku, segamismeetodi ja -intensiivsuse ning nõutava soojuskoormuse esitamist.
