Jak navrhnout výměník tepla z PTFE pro velmi nízké boční průtoky-trubek?

V určitých provozech je dodáván pouze malý proud korozivní tekutiny vyžadující ohřev nebo chlazení. V typickém PTFE tepelném výměníku má tento nízký průtok za následek špatnou boční rychlost trubky, laminární proudění a propastný přenos tepla. Proudnice musí být speciálně zkonstruována, aby se s tím vypořádala." Primárním zájmem v konstrukci výměníku tepla PTFE s nízkým bočním průtokem trubek není pouze tepelná zátěž, ale také dostatečná rychlost pro udržení dobrého tepelného výkonu.

Základní problém: Laminární tok s nízkou propustností
Za podmínek laminárního proudění se přenos tepla uvnitř trubek stává neefektivním. V tomto režimu se tekutina pohybuje v laminárních, stratifikovaných proudech s malým vnitřním promícháním. Teplo musí proudit většinou vedením přes tyto vrstvy, což je pomalé a neefektivní.

Primárním cílem návrhu je nasměrovat tok směrem k přechodnému nebo turbulentnímu chování. To obvykle vyžaduje udržování na minimální rychlosti, často nad přibližně 1 m/s v závislosti na parametrech kapaliny. Této rychlosti je obtížné dosáhnout při nízkém celkovém průtoku, pokud není oblast proudění uměle omezena.

Z tohoto důvodu je hlavní konstrukční pákou-postranní geometrie trubky.

Zvýšení rychlosti zmenšením průtokové plochy
Řešení trubek menších průměrů přímo
Jedním z nejlepších způsobů, jak toho dosáhnout, je zmenšit vnitřní průměr trubky. Pro daný objemový průtok se zmenšením průtokové plochy přímo zvýší rychlost. Efektivní rychlost se zdvojnásobí, když se plocha proudění zkrátí na polovinu.

Komerčně dostupné jsou standardní PTFE trubice s vnitřním průměrem 4, 6, 8 a 10 mm. Pro velmi nízké průtoky může volba menšího průměru (například 4 mm místo 8 mm) výrazně zvýšit tepelný výkon zvýšením boční rychlosti trubky.

Tato technika přímo napomáhá návrhu PTFE výměníků tepla s nízkým bočním průtokem trubek, když výkon řídí hydraulická omezení.

Ale malé trubičky mají své vlastní problémy. Náročnější výroba. Ztráta tlaku se dramaticky zvyšuje. Riziko znečištění nebo ucpání se zvyšuje, zejména u kapalin obsahujících částice nebo sraženiny.

Konfigurace více{0}}průchodů pro zrychlení
Nucený průtok skrz méně aktivní trubky
Alternativním nebo doplňkovým přístupem je více-průchodová trubka-postranní nastavení. Ve 2-průchodovém nebo 4-průchodovém výměníku je celý tok směrován skrz podskupiny svazku trubek progresivně, spíše než aby se šířil přes všechny trubky současně.

Tím se účinně minimalizuje aktivní plocha proudění při každém průchodu a zvyšuje se rychlost v každém segmentu. Celá kapacita výměníku zůstává nezměněna, ale zlepšuje se tepelný výkon zlepšením koncentrace vnitřního proudění.

Při více{0}}průchodovém uspořádání se často používají dělené sběrače k ​​přesměrování toku při každém průchodu tak, aby tekutina před výstupem z výměníku protékala více omezeným kanálem.

Nízké-výprodejové{1}}průtokové designy
Obchodování s rychlostí, poklesem tlaku a rizikem znečištění-
Každý designový přístup má své vlastní kompromisy, které je třeba správně zvážit.

Trubky s menším průměrem zvyšují pokles tlaku a je pravděpodobnější, že se zanesou nebo se ucpou. To platí zejména pro systémy PTFE, které manipulují s chemicky drsnými kapalinami nebo kapalinami -nasycenými částicemi.

Více{0}}průchodové systémy zvyšují hydraulický odpor sběračů a mohou také snížit tepelnou účinnost za určitých podmínek teplotního křížení. Zvýšená složitost distribuce toku může také vést k nerovnoměrnému zatížení trubky, pokud není adekvátně vyvážená.

Jedním z důležitých ukazatelů, které je třeba vzít v úvahu, je Reynoldsovo číslo. Reynoldsovo číslo poskytuje praktický návod, zda je proudění stále laminární nebo směřuje k účinnějším režimům míchání.

Návrh podmínek nízkého průtoku Praktický návod
V praxi se běžně používají jednoduché prahové hodnoty pro výběr návrhu při velmi nízkých-průtocích na straně trubice. Pro průtoky < asi 500 l/h se obvykle uvažuje:

Menší průměry trubek pro zaostření toku a zvýšení rychlosti

Nastavení více{0}}průchodů pro snížení efektivní plochy průtoku na jeden průchod

Smíšené techniky zahrnující obě taktiky pro vyvážený výkon

Konečná volba závisí na povoleném poklesu tlaku, riziku znečištění a výrobních limitech souvisejících s PTFE hadicovými systémy.

Závěry: Rychlost, řídící proměnná návrhu