Το πρόβλημα της ροής της μεγάλης δεξαμενής
Οι μακρόστενες δεξαμενές-συνήθεις για συνεχή επένδυση ταινιών, επεξεργασία καλωδίων και αυτοματοποιημένες γραμμές PCB-υποφέρουν από βραχυκύκλωμα-. Το υγρό διεργασίας που εισέρχεται στο ένα άκρο ρέει απευθείας στην έξοδο στο αντίθετο άκρο χωρίς να αναμιγνύεται πλήρως σε όλο το πλάτος της δεξαμενής. Το προφίλ ταχύτητας δεν είναι-ομοιόμορφο. Η θέρμανση δεν είναι-ομοιόμορφη. Η ποιότητα επεξεργασίας ή επιμετάλλωσης ποικίλλει ανάλογα με το πλάτος του προϊόντος.
Οι συμβατικές λύσεις προσθέτουν ξεχωριστά διαφράγματα-κάθετες πλάκες που εκτείνονται σε όλο το πλάτος της δεξαμενής-για να ανακατευθύνουν τη ροή και να προωθήσουν την ανάμειξη. Αυτά τα διαφράγματα καταλαμβάνουν τον όγκο της δεξαμενής, προσθέτουν κόστος και περιπλέκουν τον καθαρισμό της δεξαμενής.
Ένας εναλλάκτης θερμότητας PTFE, σχεδιασμένος με κατάλληλη γεωμετρία και δομική ακαμψία, μπορεί να χρησιμεύσει τόσο ως πηγή θέρμανσης όσο και ως διάφραγμα διεύθυνσης-της ροής. Η δέσμη σωλήνων, διατεταγμένη σε κατακόρυφο επίπεδο κάθετο προς την κατεύθυνση ροής, λειτουργεί ως μερικό διάφραγμα ενώ η μεγάλη επιφάνεια της παρέχει ομοιόμορφη θέρμανση. Ένα συγκρότημα εκτελεί δύο λειτουργίες, μειώνοντας την πολυπλοκότητα της δεξαμενής και ελευθερώνοντας όγκο για παραγωγή.
Οι απαιτήσεις σχεδίασης διπλής-Λειτουργίας
Για να λειτουργήσει ως δομικό διάφραγμα, η δέσμη σωλήνα PTFE πρέπει να εκτείνεται σε όλο το πλάτος της δεξαμενής και σε σημαντικό μέρος του βάθους της δεξαμενής. Το πλέγμα σωλήνων είναι διατεταγμένο σε κατακόρυφο επίπεδο με πολλαπλές σειρές και στήλες σωλήνων. Η απόσταση μεταξύ των σωλήνων καθορίζει την αντίσταση ροής του διαφράγματος: η κοντινότερη απόσταση αυξάνει την εκτροπή ροής και την πτώση πίεσης. Το ευρύτερο διάστημα επιτρέπει μεγαλύτερη ροή-και μειώνει το φαινόμενο διαφράγματος.
Η βέλτιστη απόσταση σωλήνων εξισορροπεί τη λειτουργία διαφράγματος (ανακατεύθυνση ροής) έναντι της λειτουργίας θέρμανσης (μεγιστοποίηση της επιφάνειας μεταφοράς θερμότητας) και της πτώσης πίεσης (η οποία επηρεάζει την ενέργεια άντλησης). Η υπολογιστική ανάλυση δυναμικής ρευστού της συγκεκριμένης γεωμετρίας της δεξαμενής προσδιορίζει την απόσταση που επιτυγχάνει το επιθυμητό μοτίβο ροής ενώ πληροί το καθήκον θέρμανσης.
Η δομή στήριξης για έναν εναλλάκτη με λειτουργία διαφράγματος-πρέπει να αντέχει τις υδροδυναμικές δυνάμεις από την ανακατευθυνόμενη ροή. Η ροή επιβάλλει ένα κατανεμημένο φορτίο στη δέσμη του σωλήνα, το οποίο μεταφέρεται μέσω των σωλήνων στο πλαίσιο στήριξης και τελικά στα τοιχώματα ή το δάπεδο της δεξαμενής. Ο σχεδιασμός στήριξης είναι πιο στιβαρός από ένα τυπικό πηνίο εμβάπτισης, ενσωματώνοντας πρόσθετα σταυρό-σημεία στήριξης και αγκύρωσης.
Πίνακας 1: Διπλής-Παράμετροι σχεδίασης εναλλάκτη θερμότητας PTFE/Πίνακας διαφράγματος (6 m μήκος × 1 m πλάτος × 1,5 m βαθύ δοχείο)
| Παράμετρος σχεδίασης | Θέρμανση-Μόνο σχεδιασμός | Θέρμανση + Σχεδιασμός Διαφράγματος | Σχεδιαστική λογική |
|---|---|---|---|
| Προσανατολισμός πλέγματος σωλήνων | Οριζόντια (κάνναβος δαπέδου) | Κατακόρυφη (σταυρό-επίπεδο δεξαμενής) | Ο κατακόρυφος προσανατολισμός λειτουργεί ως φράγμα ροής |
| Αριθμός μονάδων διαφράγματος/εναλλάκτη | 1 (τέλος ή κέντρο) | 2-3 (ομοιόμορφα τοποθετημένα κατά μήκος της δεξαμενής) | Πολλαπλά διαφράγματα δημιουργούν οφιοειδές μονοπάτι ροής |
| Διάσταση σωλήνων (κάθετη × οριζόντια, mm) | 25 × 25 | 20 × 20 (πιο σφιχτό για εφέ διάφραγμα) | Η στενότερη απόσταση αυξάνει την εκτροπή της ροής |
| Κάλυψη πλέγματος διατομής-δεξαμενής (%) | 60-70% (εμβαδόν ορόφου) | 80-90% (εμβαδόν διατομής) | Μεγαλύτερη κάλυψη για αποτελεσματική σύγχυση |
| Σχέδιο πλαισίου υποστήριξης | Πυγμάχος ελαφρού βάρους; υποστηρίζει το αυτο-βάρος | Εύρωστος; υποστηρίζει υδροδυναμικό φορτίο | Οι δυνάμεις ροής μπορεί να υπερβαίνουν το ίδιο-βάρος |
| Σημεία αγκύρωσης πλαισίου | 2-4 (στεφάνι ή πάτωμα δεξαμενής) | 4-8 (τοίχοι και δάπεδο δεξαμενής) | Μεταφέρει φορτία διαφράγματος στη δομή της δεξαμενής |
| Πάχος τοιχώματος σωλήνα (mm) | 1.0 (τυπικό) | 1,2-1,5 (αυξήθηκε για ακαμψία) | Μειώνει την εκτροπή του σωλήνα υπό φορτίο ροής |
| Πτώση πίεσης στη μονάδα (Pa) | < 50 | 100-300 | Αποδεκτή αύξηση για βελτιωμένη ανάμειξη |
Υπολογισμός Υδροδυναμικού Φορτίου
Η δύναμη ροής στη δέσμη σωλήνων υπολογίζεται από τη δυναμική πίεση της ροής που πλησιάζει και τον συντελεστή οπισθέλκουσας της διάταξης σωλήνων. Για διασταυρούμενη-ταχύτητα ροής 0,3 m/s σε μια τυπική δεξαμενή επιμετάλλωσης, η δυναμική πίεση είναι περίπου 50 Pa. Η δύναμη έλξης σε έναν μεμονωμένο σωλήνα 10 mm σε αυτή την ταχύτητα είναι περίπου 0,15 N ανά μέτρο μήκους σωλήνα.
Για ένα πλέγμα διαφράγματος με 40 σωλήνες ανά τετραγωνικό μέτρο-διατομής, το συνολικό κατανεμημένο φορτίο είναι περίπου 6 N/m² επιφάνειας επιφάνειας διαφράγματος. Αυτό το μέτριο φορτίο υποστηρίζεται εύκολα από το πλέγμα σωλήνων PTFE. Ωστόσο, το φορτίο είναι συνεχές και η κυκλική-ροή ποικίλλει ανάλογα με την ταχύτητα της αντλίας και τον ρυθμό παραγωγής-άρα ο σχεδιασμός στήριξης πρέπει να αντιμετωπίζει την κόπωση καθώς και τη στατική αντοχή.
Το πλαίσιο στήριξης ενσωματώνει δομικά μέλη PTFE ή PVDF με μέγεθος για τα υπολογιζόμενα φορτία με συντελεστή ασφάλειας 3 στην αντοχή διαρροής στη μέγιστη θερμοκρασία λειτουργίας. Οι συνδέσεις του πλαισίου στη δομή της δεξαμενής χρησιμοποιούν συνδετήρες με μόνωση PTFE-για την πρόληψη της γαλβανικής διάβρωσης.
Η απόδοση θερμικής και ροής
Η σχεδίαση διπλής-λειτουργίας παρέχει πιο ομοιόμορφη θέρμανση από ένα τυπικό πλέγμα που τοποθετείται στο δάπεδο{{1}, επειδή ο κατακόρυφος προσανατολισμός του διαφράγματος αναγκάζει το ρευστό διεργασίας να ρέει μέσα από τη δέσμη σωλήνων αντί να ανεβαίνει πέρα από αυτήν. Κάθε ρευστό στοιχείο περνά κοντά σε μια θερμαινόμενη επιφάνεια σωλήνα. Η διαμόρφωση διασταυρούμενης- ροής επιτυγχάνει υψηλότερο συντελεστή εξωτερικής μεταφοράς θερμότητας από τη φυσική συναγωγή που κυριαρχεί στις άψογες δεξαμενές.
Το αντάλλαγμα-είναι η αυξημένη ενέργεια άντλησης για να ξεπεραστεί η πτώση πίεσης σε κάθε διάφραγμα. Για τις περισσότερες εφαρμογές επιμετάλλωσης δεξαμενών χαμηλής-ταχύτητας, η πτώση πίεσης είναι 100-300 Pa ανά διάφραγμα-που ισοδυναμεί με 10-30 mm στήλης νερού - και η πρόσθετη ενέργεια άντλησης είναι αμελητέα.
Περίληψη
Ένας εναλλάκτης θερμότητας PTFE που έχει σχεδιαστεί ως δομικό διάφραγμα συνδυάζει τη θέρμανση και την κατεύθυνση ροής σε ένα μόνο συγκρότημα. Το κατακόρυφο πλέγμα σωλήνα εκτείνεται στη διατομή-της δεξαμενής, ανακατευθύνοντας τη ροή για να αποτρέψει το βραχυκύκλωμα-παρέχοντας ομοιόμορφη θέρμανση σε όλο το βάθος της δεξαμενής. Η στενότερη απόσταση των σωλήνων, το στιβαρό πλαίσιο στήριξης και το αυξημένο πάχος τοιχώματος σωλήνα προσαρμόζουν τον τυπικό σχεδιασμό του εναλλάκτη PTFE στην απαίτηση διπλής-λειτουργίας.
Ο ενσωματωμένος σχεδιασμός μειώνει την πολυπλοκότητα της δεξαμενής, ελευθερώνει τον όγκο παραγωγής και βελτιώνει τόσο τη θερμική όσο και την υδραυλική απόδοση σε σύγκριση με ξεχωριστά συστήματα θέρμανσης και διαφράγματος.
Διατίθεται τεχνική υποστήριξη για σχεδίαση εναλλάκτη θερμότητας/διαφράγματος PTFE διπλής-λειτουργίας με την υποβολή των διαστάσεων της δεξαμενής, των ρυθμών ροής, της διαμόρφωσης ανάδευσης, του καθήκοντος θέρμανσης και του επιθυμητού σχεδίου ροής.
