Η διάμετρος{{0}Σχέση μεταφοράς θερμότητας
Η συμπύκνωση ατμού μέσα σε ένα σωλήνα εναλλάκτη θερμότητας PTFE σχηματίζει ένα λεπτό φιλμ συμπυκνώματος στο εσωτερικό τοίχωμα. Το φιλμ ρέει κατά μήκος του σωλήνα υπό την επίδραση της βαρύτητας και της διατμητικής τάσης από τη ροή του ατμού. Το πάχος αυτής της μεμβράνης καθορίζει τον εσωτερικό συντελεστή μεταφοράς θερμότητας-όσο πιο παχύ είναι το φιλμ, τόσο μεγαλύτερη είναι η θερμική αντίσταση μεταξύ του ατμού και του τοιχώματος του σωλήνα.
Το πάχος του φιλμ εξαρτάται από τον ρυθμό ροής του συμπυκνώματος, τη διάμετρο του σωλήνα και τον προσανατολισμό του σωλήνα. Για ένα δεδομένο φορτίο συμπυκνώματος, ένας σωλήνας μικρότερης διαμέτρου έχει παχύτερο φιλμ (το συμπύκνωμα καταλαμβάνει μεγαλύτερο μέρος της διατομής-) και χαμηλότερο εσωτερικό συντελεστή μεταφοράς θερμότητας. Ένας σωλήνας μεγαλύτερης διαμέτρου έχει λεπτότερο φιλμ και υψηλότερο συντελεστή.
Ωστόσο, οι σωλήνες μεγαλύτερης διαμέτρου έχουν χαμηλότερη ταχύτητα ατμού για την ίδια ροή μάζας, η οποία μειώνει τη διατμητική τάση που βοηθά στην κίνηση του συμπυκνώματος κατά μήκος. Η χαμηλότερη διατμητική τάση μπορεί να οδηγήσει σε παχύτερο φιλμ κοντά στην έξοδο του σωλήνα, αντισταθμίζοντας εν μέρει το όφελος της διαμέτρου. Η βέλτιστη διάμετρος σωλήνα εξισορροπεί αυτά τα ανταγωνιστικά αποτελέσματα.
Υπολογισμός πάχους φιλμ
Για τη στρωτή ροή συμπυκνώματος στο εσωτερικό τοίχωμα ενός οριζόντιου σωλήνα, το πάχος της μεμβράνης είναι: δ=(3 × μ × Γ / (ρ × (ρ - ρ_v) × g))^(1/3), όπου μ είναι το ιξώδες του συμπυκνώματος, Γ είναι η μάζα του συμπυκνώματος η περιμετρική ροή είναι η ανά μονάδα πλάτους του συμπυκνώματος ρ_v. η πυκνότητα του ατμού και το g είναι η βαρύτητα.
Η ροή του συμπυκνώματος ανά μονάδα πλάτους είναι: Γ=m_cond / (π × D), όπου m_cond είναι η ροή μάζας συμπυκνώματος ανά σωλήνα και D είναι η εσωτερική διάμετρος του σωλήνα. Μια μεγαλύτερη διάμετρος απλώνει την ίδια ροή συμπυκνώματος σε μεγαλύτερη περίμετρο, μειώνοντας το Γ και λεπτύνοντας το φιλμ.
Για ένα σωλήνα ID 10 mm που φέρει συμπύκνωμα 1,5 kg/h, το πάχος του φιλμ στην έξοδο του σωλήνα είναι περίπου 0,15 mm. Για ένα σωλήνα ID 6 mm με το ίδιο φορτίο συμπυκνώματος, το πάχος του φιλμ είναι περίπου 0,22 mm-50% παχύτερο. Ο εσωτερικός συντελεστής μεταφοράς θερμότητας είναι ανάλογος του 1/δ, επομένως ο μικρότερος σωλήνας έχει περίπου 30% χαμηλότερο εσωτερικό συντελεστή.
| Αναγνωριστικό σωλήνα (mm) | Φορτίο συμπυκνώματος (kg/h) | Πάχος φιλμ στην έξοδο (mm) | Εσωτερικό h (W/m²·K) | Κίνδυνος γεφύρωσης |
|---|---|---|---|---|
| 6 | 1.5 | 0.22 | 1,100 | Μέτρια (μικρή διάμετρος) |
| 8 | 1.5 | 0.17 | 1,400 | Χαμηλός |
| 10 | 1.5 | 0.15 | 1,600 | Χαμηλός |
| 12 | 1.5 | 0.13 | 1,800 | Πολύ Χαμηλό |
Τιμές για οριζόντιο σωλήνα, στρωτή μεμβράνη, κορεσμένο ατμό 3 barg.
Ο κίνδυνος γεφύρωσης συμπυκνωμάτων
Σε οριζόντιους σωλήνες, το συμπύκνωμα ρέει κατά μήκος του πυθμένα του σωλήνα. Εάν το πάχος του φιλμ γίνει πολύ μεγάλο σε σχέση με τη διάμετρο του σωλήνα, το συμπύκνωμα μπορεί να γεφυρώσει τον σωλήνα-γεμίζοντας ολόκληρη τη διατομή-κάποια στιγμή. Αυτό δημιουργεί ένα γυμνοσάλιαγκο υγρού που εμποδίζει τη ροή του ατμού και προκαλεί σφύρα νερού όταν ο γυμνοσάλιαγκας προωθείται από την πίεση του ατμού.
Ο κίνδυνος γεφύρωσης αυξάνεται καθώς μειώνεται η διάμετρος του σωλήνα και καθώς αυξάνεται το φορτίο συμπυκνώματος. Για σωλήνες ID 6 mm, η γεφύρωση είναι ένα πρόβλημα σε υψηλά φορτία συμπυκνώματος (πάνω από περίπου 2 kg/h ανά σωλήνα). Για σωλήνες ID 10 mm, η γεφύρωση είναι απίθανη σε τυπικά φορτία συμπυκνώματος για σέρβις εναλλάκτη θερμότητας (0,5-3 kg/h ανά σωλήνα). Η συνιστώμενη ελάχιστη ταυτότητα σωλήνα για οριζόντιους σωλήνες που θερμαίνονται με ατμό είναι 8 mm για να παρέχει επαρκές περιθώριο κατά της γεφύρωσης.
Η Σχεδιαστική Σύσταση
Για τις περισσότερες εφαρμογές εναλλάκτη θερμότητας PTFE, ένα ID σωλήνα 8-10mm (OD 10-12mm με τοίχωμα 1mm) παρέχει καλή ισορροπία εσωτερικής μεταφοράς θερμότητας, αποστράγγισης συμπυκνωμάτων και αντίσταση στη γεφύρωση. Μικρότεροι σωλήνες (ID 6 mm) μπορούν να χρησιμοποιηθούν για χαμηλά φορτία συμπυκνώματος ή κατακόρυφο προσανατολισμό όπου η βαρύτητα υποβοηθά την αποστράγγιση και τη γεφύρωση δεν προκαλεί ανησυχία. Οι μεγαλύτεροι σωλήνες (πάνω από 12 mm ID) παρέχουν καλύτερη εσωτερική μεταφορά θερμότητας, αλλά αυξάνουν το κόστος του σωλήνα και μειώνουν την πυκνότητα της επιφάνειας.
Περίληψη
Η διάμετρος του σωλήνα επηρεάζει το πάχος του φιλμ συμπυκνώματος και τον εσωτερικό συντελεστή μεταφοράς θερμότητας σε έναν εναλλάκτη θερμότητας PTFE. Οι μικρότερες διάμετροι παράγουν παχύτερες μεμβράνες και χαμηλότερους εσωτερικούς συντελεστές και αυξάνουν τον κίνδυνο γεφύρωσης του συμπυκνώματος. Για οριζόντιους σωλήνες συνιστάται αναγνωριστικό σωλήνα 8-10 mm. Οι κάθετοι σωλήνες μπορούν να χρησιμοποιούν μικρότερες διαμέτρους επειδή η βαρύτητα εμποδίζει τη γεφύρωση. Η βέλτιστη διάμετρος εξισορροπεί την εσωτερική μεταφορά θερμότητας, την αξιοπιστία της αποστράγγισης και την πυκνότητα της επιφάνειας.
Η τεχνική υποστήριξη για την επιλογή διαμέτρου σωλήνα PTFE είναι διαθέσιμη με την υποβολή του φορτίου συμπυκνώματος ανά σωλήνα, τον προσανατολισμό του σωλήνα, την πίεση ατμού και την απαιτούμενη λειτουργία θερμότητας.
