Temeljni kompromis-pri konfiguraciji izmenjevalnika toplote
Eno{0}}prehodni izmenjevalnik toplote je preproste konstrukcije in enostaven za čiščenje, vendar lahko njegova toplotna učinkovitost postane omejujoča, ko je potreben pristop nizke temperature. Če mora hladna tekočina izstopiti pri temperaturi, ki se približuje temperaturi vstopne odprtine vroče tekočine, lahko en sam prehod zahteva nepraktično veliko površino za prenos toplote. Povečanje števila prehodov cevi je standardna načrtovalska strategija za približevanje želeni toplotni učinkovitosti.
Tukaj jecev prehaja temperaturo čez PTFE izmenjevalniknačrtovanje postane osrednjega pomena pri optimizaciji sistema.
Kako konfiguracija prehoda cevi vpliva na prenos toplote
V konfiguraciji z več{0}}prehodi je tekočina na strani-cevi usmerjena skozi vrsto obračanja toka z uporabo razdeljenih zbiralnikov. Namesto da bi se tekočina premikala naravnost skozi enkrat, potuje naprej in nazaj skozi različne dele cevnega snopa.
Ta ureditev učinkovito poveča proti{0}}interakcijo med tekočinami na strani-cevi in-ohišja. Posledično se gonilna sila temperature bolje vzdržuje vzdolž dolžine izmenjevalnika, kar izboljša splošno toplotno učinkovitost.
Izboljšano obnašanje proti{0}}toka poveča učinkovit potencial prenosa toplote, kar omogoča bližje temperaturne pristope brez sorazmernega povečanja velikosti izmenjevalnika.
Toplotna učinkovitost v primerjavi s hidravlično kaznijo
Ko se število prehodov cevi poveča, je vedenje izmenjevalnika bolj podobno pravemu delovanju proti{0}}toka. To izboljša zmožnost doseganja tesnejšega temperaturnega križa, kjer se izstopne temperature približajo vstopnim temperaturam nasprotnega toka.
Vendar ima to toplotno izboljšanje hidravlične posledice. Vsak dodatni prehod uvaja:
Povečan padec tlaka zaradi trenja zaradi obračanja toka
Večji upor v povratnih glavah
Bolj zapletene zahteve za porazdelitev toka
Črpalka mora zato zagotavljati večji vnos energije, da ohrani enak pretok.
V praksi se vzpostavi ravnotežje med toplotnim dobitkom in stroški črpanja. 2-prehodni izmenjevalnik pogosto velja za konfiguracijo delovnega konja za zmerne temperaturne pristope, medtem ko so 4-prehodne izvedbe izbrane za strožje toplotne zahteve.
PTFE-Posebni vidiki načrtovanja
Za ohišje-in-cevne izmenjevalnike iz PTFE fleksibilnost materiala in omejitve izdelave vplivajo na izbiro prehoda. Dolgim neprekinjenim dolžinam cevi se pogosto izogibamo zaradi omejitev rokovanja in upoštevanja mehanskih obremenitev.
Več{0}}zasnove omogočajo krajše efektivne dolžine cevi, hkrati pa dosegajo visoko toplotno učinkovitost. Vendar postaja zasnova razdelilnika vse bolj zapletena, ko se število prehodov povečuje, kar zahteva natančno tesnjenje in razdelitev toka, da se prepreči nepravilna porazdelitev.
Stran ohišja se običajno vzdržuje kot eno-prehodna, da se ohrani nizek padec tlaka in poenostavi mehanska konstrukcija.
Vpliv na temperaturno navzkrižno vedenje
Povečanje prehodov cevi izboljša zmožnost izmenjevalnika, da se približa ali delno doseže pogoje temperaturnega navzkrižja, kjer izhodna temperatura enega toka presega vstopno temperaturo nasprotnega toka (v nasprotnih-tokovnih referenčnih pogojih).
Medtem ko se lahko korekcijski faktor LMTD zmanjša z več prehodi zaradi odstopanja od idealnega proti{0}}toka, se splošna efektivna pogonska sila izboljša z boljšim termičnim uravnavanjem.
Posledica tega je večja izkoriščenost razpoložljivega temperaturnega gradienta v izmenjevalniku.
Zaključek
Število prehodov cevi služi kot primarni parameter toplotne nastavitve pri zasnovi toplotnega izmenjevalnika PTFE. Povečanje števila prehodov poveča zmožnost temperaturnega navzkrižja in toplotno učinkovitost s približevanjem proti{1}}tokovnemu toku, vendar uvede višji padec tlaka in večjo kompleksnost razdelilnika.
Vsaka prilagoditev predstavlja kompromis-med učinkovitostjo prenosa toplote in hidravličnimi stroški. Nobena sprememba konfiguracije ni brez posledic.
V praksi toplotnega načrtovanja je izbira prehoda cevi eden od ključnih vzvodov, ki se uporablja za doseganje natančnega nadzora temperature, hkrati pa zagotavlja, da mehanske in črpalne omejitve ostanejo v sprejemljivih mejah.
