Ako navrhnúť PTFE výmenník tepla pre veľmi nízke rúrkové-bočné prietoky?

V určitých prevádzkach sa dodáva len malý prietok korozívnej kvapaliny vyžadujúcej ohrev alebo chladenie. V typickom PTFE výmenníku tepla má tento nízky prietok za následok zlú bočnú rýchlosť rúrky, laminárne prúdenie a priepastný prenos tepla. Pramienok musí byť špeciálne vyrobený, aby sa s tým vysporiadal." Prvoradým záujmom pri konštrukcii PTFE výmenníka tepla s bočným prietokom rúrok nie je len tepelný výkon, ale aj dostatočná rýchlosť na udržanie dobrého tepelného výkonu.

Hlavný problém: Laminárny tok s nízkou priepustnosťou
V podmienkach laminárneho prúdenia sa prenos tepla vo vnútri rúrok stáva neefektívnym. V tomto režime sa tekutina pohybuje v laminárnych, stratifikovaných prúdoch s malým vnútorným miešaním. Teplo musí prúdiť väčšinou vedením cez tieto vrstvy, čo je pomalé a neefektívne.

Primárnym cieľom návrhu je nasmerovať tok smerom k prechodnému alebo turbulentnému správaniu. To zvyčajne vyžaduje udržiavanie na minimálnej rýchlosti, často nad približne 1 m/s v závislosti od parametrov tekutiny. Túto rýchlosť je ťažké dosiahnuť pri nízkom celkovom prietoku, pokiaľ nie je oblasť prúdenia umelo obmedzená.

Z tohto dôvodu je geometria-bokej rúrky hlavnou konštrukčnou pákou.

Zvýšenie rýchlosti zmenšením prietokovej plochy
Riešenie rúrok menšieho priemeru priamo
Jedným z najlepších spôsobov, ako to dosiahnuť, je znížiť vnútorný priemer rúrky. Pri danom objemovom prietoku sa zmenšovaním prietokovej plochy priamo zvyšuje rýchlosť. Efektívna rýchlosť sa zdvojnásobí, keď sa prietoková plocha zníži na polovicu.

Komerčne dostupné sú štandardné PTFE trubice s vnútorným priemerom 4, 6, 8 a 10 mm. Pre veľmi nízke prietoky môže výber menšieho priemeru (napríklad 4 mm namiesto 8 mm) výrazne zvýšiť tepelný výkon zvýšením bočnej rýchlosti trubice.

Táto technika priamo pomáha pri návrhu PTFE výmenníkov tepla s bočným prietokom rúrok, keď výkon riadia hydraulické obmedzenia.

Ale malé trubice majú svoje vlastné problémy. Náročnejšia výroba. Strata tlaku sa dramaticky zvyšuje. Riziko znečistenia alebo upchatia sa zvyšuje, najmä pri kvapalinách obsahujúcich častice alebo zrazeniny.

Viac{0}}prechodová konfigurácia pre zrýchlenie
Nútený prietok cez menej aktívne trubice
Alternatívnym alebo doplnkovým prístupom sú nastavenia s viacerými{0}}prechodovými rúrkami-. V 2-priechodovom alebo 4-priechodovom výmenníku je celý tok nasmerovaný cez podskupiny zväzku rúrok progresívne, a nie naprieč všetkými rúrkami súčasne.

To efektívne minimalizuje aktívnu prietokovú plochu pri každom prechode a zvyšuje rýchlosť v každom segmente. Celá kapacita výmenníka zostáva nezmenená, ale zlepšuje sa tepelný výkon zlepšením koncentrácie vnútorného prúdenia.

Pri viac{0}}priechodovom nastavení sa delené zberače často používajú na presmerovanie toku pri každom prechode tak, aby tekutina pred výstupom z výmenníka pretekala cez viac obmedzený kanál.

Nízke-zľavy na dizajn{1}}prietok
Obchodovanie s rýchlosťou, poklesom tlaku a rizikom znečistenia-
Každý dizajnový prístup má svoje vlastné kompromisy, ktoré treba správne zvážiť.

Rúry s menším priemerom zvyšujú pokles tlaku a je pravdepodobnejšie, že sa zanesú alebo sa upchajú. Platí to najmä pre systémy PTFE, ktoré manipulujú s chemicky drsnými kvapalinami alebo kvapalinami -naloženými časticami.

Viac{0}}priechodové systémy zvyšujú hydraulický odpor v zberačoch a môžu tiež znížiť tepelnú účinnosť pri špecifických podmienkach prechodu teplôt. Zvýšená zložitosť distribúcie prietoku môže tiež viesť k nerovnomernému zaťaženiu trubice, ak nie je primerane vyvážená.

Jedným z dôležitých ukazovateľov, ktoré je potrebné zvážiť, je Reynoldsovo číslo. Reynoldsovo číslo poskytuje praktický návod, či je prúdenie stále laminárne alebo smeruje k efektívnejším režimom miešania.

Návrh podmienok nízkeho prietoku Praktický návod
V praxi sa obyčajne používajú jednoduché prahové hodnoty na výber dizajnu pri veľmi nízkych prietokoch-na strane trubice. Pre prietoky < asi 500 l/h sa zvyčajne uvažuje:

Menšie priemery trubíc na sústredenie toku a zvýšenie rýchlosti

Viac{0}}priechodové nastavenia na zníženie efektívnej plochy prietoku na jeden prechod

Zmiešané techniky zahŕňajúce obe taktiky pre vyvážený výkon

Konečná voľba závisí od povoleného poklesu tlaku, rizika znečistenia a výrobných limitov súvisiacich s PTFE hadicovými systémami.

Závery: Rýchlosť, riadiaca premenná dizajnu