Aký je vplyv vnútorného znečistenia rúrok na-koeficient prenosu tepla na strane konvekcie PTFE výmenníka?

Keď sa vo vnútri hladkej PTFE trubice začne vytvárať tenký film vodného kameňa, koeficient prestupu tepla sa môže správať trochu paradoxne. Na veľmi krátky čas sa môže tepelný výkon dokonca mierne zvýšiť. Počiatočná zanášacia vrstva je mierne drsná a ničí normálne hladkú hraničnú vrstvu pozdĺž steny rúrky, čím vzniká ďalšia turbulencia a zvyšuje sa miešanie tekutiny. Táto krátka výhoda je však krátkodobá. Keď sa hrúbka nánosu zväčšuje, izolačný účinok zanášacej vrstvy prevláda nad akoukoľvek výhodou turbulencie a výkon výmenníka tepla pri prenose tepla začína neustále klesať.

Vzťah medzi konvekčným koeficientom zanášania rúr a výkonom PTFE výmenníka preto nie je jednoduchou lineárnou degradáciou. Znečistenie sa vyvíja s časom, spočiatku ako zosilňovač drsnosti a nakoniec ako dominantná tepelná bariéra.

Čo sa deje vo vnútri teflónovej trubice?
Tepelný výkon PTFE výmenníka tepla je určený radom odporov nasledovne.

Teplo musí prejsť:

Hraničná vrstva tekutiny na strane-rúry

Akékoľvek usadené nečistoty

Stena rúrky PTFE

Hraničná vrstva tekutiny na strane plášťa

Celkový súčiniteľ prestupu tepla výmenníka vychádza z celkového tepelného odporu, ktorý sa všeobecne nazýva U-hodnota.

So zvyšujúcim sa znečistením sa do systému pridáva ďalší odporový člen.

Tento odpor môže byť spočiatku veľmi malý. Ale vplyv drsnosti povrchu môže byť krátkodobo značný.

Prečo malé znečistenie môže zlepšiť prenos tepla
Samotná PTFE hadica je pomerne hladká. Nízka drsnosť povrchu minimalizuje pokles tlaku, ako aj priľnavosť nánosu, avšak hladké povrchy môžu za určitých podmienok prúdenia udržať pomerne stabilnú laminárnu hraničnú vrstvu.

Vnútorná povrchová štruktúra sa zmení, keď sa vytvorí veľmi tenká vrstva znečistenia.

Mikroskopické drsnosti začnú vystupovať do prúdu tekutiny a spôsobujú malé poruchy v blízkosti steny. Tieto poruchy zahŕňajú

Pridajte miestne rušenie

Rozbiť tepelnú hraničnú vrstvu

Vylepšené radiálne miešanie tekutín

Zlepšite prenos tepla medzi stenou a kvapalinou

Znečistenie dočasne oklame snímače, pretože výmenník môže indikovať prechodnú plató alebo dokonca malý nárast zdanlivého tepelného výkonu.

Tento vplyv je najviditeľnejší, keď:

Prúdenie je spočiatku laminárne

Reynoldsove čísla sú blízko prechodu

Pôvodný povrch PTFE je veľmi hladký.

Hrúbka znečistenia je stále veľmi tenká

Tento vplyv na drsnosť v počiatočnom štádiu je často menej výrazný na hrubých kovových rúrach, pretože základná štruktúra povrchu je už turbulentná.

Vplyv drsnosti na konvekčný prenos tepla
Vplyv drsnosti povrchu na prestup tepla je priamo spojený so správaním sa trením kvapaliny.

Pri analýze turbulentného prúdenia drsnosť ovplyvňuje:

Koeficient trenia

Stabilita hraničnej vrstvy

Prenos hybnosti.

Zlepšenie prenosu tepla

Rovnaké faktory, ktoré zvyšujú trecie miešanie, ovplyvňujú aj prenos tepla konvekciou.

Tento vzťah sa odráža v podobnosti medzi faktorom trenia a faktorom prenosu tepla v klasickej teórii dopravy.

Preto môže mierne zdrsnený povrch v niektorých prevádzkových situáciách zvýšiť-koeficient konvekčného prenosu tepla na strane rúry.

Tento pozitívny efekt je však len prechodný, pretože elektrický odpor zanášacej vrstvy s časom neustále rastie.

Keď sa znečistenie rozbehne
Izolačné vlastnosti zahusťujúceho znečistenia sa stávajú čoraz kritickejšími.

Vo všeobecnosti má ložisko samo o sebe nízku tepelnú vodivosť v porovnaní s kvapalinou a materiálmi výmenníka. Takže teplo musí prejsť ešte jednou izolačnou vrstvou, kým sa dostane k objemovej tekutine.

Prípadná výhoda turbulencie je zatienená tepelnou penalizáciou extra hrúbky.

Výsledky sú:

Znížená celková hodnota U

Nižšia rýchlosť prenosu tepla

Väčší teplotný prístup

Tepelná odozva je pomalšia

Väčšia nestabilita procesu

Výmenník v tomto bode vstupuje do dobre známeho dlhodobého trendu zhoršovania znečistenia pozorovaného v priemyselných systémoch.

Odolnosť voči znečisteniu ako prechodný proces
Hromadenie nečistôt zriedka pokračuje stabilnou rýchlosťou.

V mnohých systémoch odpor proti zanášaniu sleduje asymptotickú krivku:

Rýchle počiatočné zostavenie-

Pomalšie vytváranie{0}}z dlhodobého hľadiska

stabilizáciu smerom k rovnovážnemu stavu

Tieto skoré zmeny sú často najväčšími relatívnymi zmenami v drsnosti povrchu a poruchách toku.

Potom nános zhustne a zhustne a ďalší rast je brzdený šmykovými silami a mechanizmami čiastočného oddeľovania.

Toto asymptotické správanie odolnosti voči zanášaniu môže vysvetľovať, prečo výmenník môže spočiatku vyzerať stabilne, ale počas dlhej doby prevádzky postupne stráca tepelnú účinnosť.

Prečo majú PTFE výmenníky nezvyčajné znečistenie
PTFE výmenníky majú niektoré vlastnosti, ktoré ovplyvňujú dynamiku znečistenia iným spôsobom v porovnaní s kovovými systémami.

Počiatočný povrch extrémne hladký
V porovnaní s mnohými kovovými materiálmi výmenníkov tepla sú povrchy čistého PTFE veľmi hladké.

Táto nízka základná drsnosť má za následok pomerne podstatný posun v efektívnej povrchovej štruktúre od malých množstiev vodného kameňa.

Vďaka tomu je efekt zlepšenia drsnosti v počiatočnom štádiu{0}}výraznejší.

Nízke povrchové energie
Nepriľnavé -vlastnosti PTFE odolávajú silnej priľnavosti usadenín.

Niektoré zanášacie vrstvy tak zostávajú mäkšie alebo menej mechanicky stabilné ako usadeniny vytvorené na kovových rúrach.

Znížená tepelná vodivosť
PTFE má už teraz lepšiu odolnosť stien ako kovy ako nehrdzavejúca oceľ alebo titán.

Dodatočná odolnosť proti zanášaniu je teda relatívne dôležitejšia v celej sieti tepelného odporu.

Zníženie výkonu môže byť obzvlášť zrejmé, keď je znečistenie veľmi silné.

Dlhodobý klesajúci trend hodnoty U
Krátkodobý-účinok drsnosti je pozitívny, zatiaľ čo-dlhodobý účinok znečistenia má vždy negatívny smer.

s pribúdajúcimi vkladmi:

Zníženie priemeru rúrky

Zmeny v distribúcii prúdenia

zvýšenie tlaku

Tepelný odpor stúpa.

Účinnosť výmenníka tepla klesá

Vo vyšších štádiách znečistenia môže byť riadenie procesu problematické, pretože rýchlosti prenosu tepla už nie sú dostatočné na prevádzku.

Výmenník potom môže potrebovať:

Chemické čistenie

Mechanické čistenie

Výmena rúrok

Optimalizácia tokov

Ladenie procesnej chémie

Bez zásahu môže chronické znečistenie nakoniec viesť k nezvratnému poklesu výkonu.

Význam pravidelného čistenia
"Znečistenie je postupný proces, takže pravidelné monitorovanie je kľúčové.

Medzi bežne sledované ukazovatele patria:

Zníženie hodnoty U-

Zvýšený pokles tlaku

Znížený výkon výstupnej teploty

Predĺžené doby vykurovania v procesoch

Vo všeobecnosti je lepšie vykonávať čistenie podľa preventívneho plánu, než čakať, kým sa nahromadia silné nečistoty.

V prípade PTFE výmenníkov pomáhajú čisté povrchy rúr udržiavať obe:

Konvekčný prenos tepla v ustálenom stave

Nízky odpor hydrauliky

Účelom nie je len vyčistiť hrubé nánosy, ale vyhnúť sa prechodu od mierneho zlepšenia drsnosti k výraznej tepelnej izolácii.

Znečistenie: Dynamický tepelný fenomén
Spojenie medzi konvekčným koeficientom PTFE výmenníka a účinkom zanášania rúrok ukazuje, že zanášanie je v podstate dynamické a nie statické.

Turbulencie a prenos tepla sa môžu v počiatočných fázach na chvíľu zvýšiť. Postupom času však v správaní systému dominujú izolačné vlastnosti ložiska.

Táto dualita komplikuje analýzu znečistenia viac ako len predpoklad kontinuálneho lineárneho poklesu.

Krátkodobé-merania môžu byť často zavádzajúce, keď je výmenník vo fáze prechodného{1}}zlepšovania drsnosti.

Dlhodobé tepelné trendy však ukazujú stálu tendenciu zvyšovania pokuty v dôsledku vytvárania ložísk.

Záver.
Vnútorné znečistenie rúrok v PTFE výmenníku tepla má komplexný a časovo závislý účinok na výkon konvekčného prenosu tepla. Na začiatku môže veľmi malé znečistenie krátkodobo zlepšiť koeficient konvekčného prestupu tepla na strane rúry- zdrsnením inak hladkého povrchu PTFE a trochu zvýšením turbulencie.

Toto počiatočné zlepšenie je krátkodobé-. Hrúbka znečistenia sa zvyšuje, nános sa stáva výraznejším tepelným odporom a celková hodnota U- postupne klesá. Rovnako ako drsnosť dočasne zvyšuje turbulenciu, v konečnom dôsledku sa stáva izolačnou bariérou pohybu tepla.

Správanie konvekčného koeficientu konvekčného koeficientu PTFE výmenníka zanášania rúrok naznačuje, že zanášanie nie je jednoduchá binárna situácia, ale skôr prebiehajúci tepelný proces. Trochu hrubého vodného kameňa môže operátora na chvíľu oklamať, ale trvalá účinnosť výmenníka je v konečnom dôsledku funkciou čistých vnútorných povrchov rúrok. To, čo začína ako šikovná drsnosť, sa stáva izolačnou prikrývkou.