Problem pretoka dolgega rezervoarja
Dolgi ozki rezervoarji-, značilni za neprekinjeno nanašanje trakov, obdelavo žic in avtomatizirane linije tiskanih vezij-prizadenejo kratek-stik. Procesna tekočina, ki vstopa na enem koncu, teče neposredno v izhod na nasprotnem koncu, ne da bi se popolnoma premešala po širini rezervoarja. Profil hitrosti ni-enoten. Ogrevanje je ne-enakomerno. Kakovost obdelave ali prevleke se razlikuje po širini izdelka.
Običajne rešitve dodajajo ločene lopute-navpične plošče, ki se raztezajo po širini rezervoarja-za preusmeritev toka in spodbujanje mešanja. Te pregrade zasedajo prostornino rezervoarja, povečujejo stroške in otežujejo čiščenje rezervoarja.
Toplotni izmenjevalnik iz PTFE, zasnovan z ustrezno geometrijo in strukturno togostjo, lahko služi tako kot vir ogrevanja kot pregrada za-usmerjanje toka. Snop cevi, razporejen v navpični ravnini, pravokotni na smer toka, deluje kot delna pregrada, medtem ko njegova velika površina zagotavlja enakomerno segrevanje. En sklop opravlja dve funkciji, zmanjša kompleksnost rezervoarja in sprosti količino za proizvodnjo.
Zahteve za oblikovanje dvojne-funkcije
Da deluje kot strukturna pregrada, se mora snop cevi iz PTFE raztezati čez celotno širino rezervoarja in znaten del globine rezervoarja. Mreža cevi je razporejena v navpični ravnini z več vrsticami in stolpci cevi. Razmik med cevmi določa pretočni upor lopute: manjši razmik poveča preusmeritev toka in padec tlaka; širši razmik omogoča večji-pretok in zmanjša odbojni učinek.
Optimalna razdalja med cevmi uravnoteži funkcijo odbijanja (preusmeritev toka) proti funkciji ogrevanja (povečanje površine za prenos toplote) in padcu tlaka (ki vpliva na črpalno energijo). Analiza računalniške dinamike tekočin specifične geometrije rezervoarja določa razmik, ki doseže želeni vzorec pretoka ob izpolnjevanju ogrevalne naloge.
Podporna konstrukcija za izmenjevalnik z odbojno-funkcijo mora prenesti hidrodinamične sile preusmerjenega toka. Tok povzroči porazdeljeno obremenitev na snop cevi, ki se skozi cevi prenese na nosilni okvir in na koncu na stene ali tla rezervoarja. Nosilna zasnova je robustnejša od standardne potopne tuljave, saj vključuje dodatne prečne-oporne in sidrne točke.
Tabela 1: Dvo{1}}funkcijski PTFE toplotni izmenjevalnik/parametri zasnove pregrade (6 m dolžina × 1 m širina × 1,5 m globok rezervoar)
| Parameter oblikovanja | Ogrevanje-Samo zasnova | Ogrevanje + zasnova pregrade | Utemeljitev oblikovanja |
|---|---|---|---|
| Usmerjenost mreže cevi | Vodoravno (talna mreža) | Navpično (prečna-tankovska ravnina) | Navpična usmeritev deluje kot ovira za pretok |
| Število pregradnih/izmenjevalnih enot | 1 (konec ali sredina) | 2-3 (enakomerno razporejeni po dolžini rezervoarja) | Več pregrad ustvarja serpentinasto pot toka |
| Razmik cevi (navpično × vodoravno, mm) | 25 × 25 | 20 × 20 (tesneje za učinek odbijanja) | Manjša razdalja poveča preusmeritev toka |
| Pokritost mreže preseka-cisterne (%) | 60-70% (tlorisna površina) | 80-90 % (površina prečnega prereza) | Večja pokritost za učinkovito zmedo |
| Oblikovanje podpornega okvirja | Lahka; podpira lastno-težo | robusten; podpira hidrodinamične obremenitve | Sile toka lahko presežejo lastno-težo |
| Sidrne točke okvirja | 2-4 (obod ali dno rezervoarja) | 4-8 (stene in dno rezervoarja) | Prenaša odbojne obremenitve na strukturo rezervoarja |
| Debelina stene cevi (mm) | 1.0 (standardno) | 1,2-1,5 (povečano za togost) | Zmanjša upogibanje cevi pod obremenitvijo toka |
| Padec tlaka na enoti (Pa) | < 50 | 100-300 | Sprejemljivo povečanje za izboljšano mešanje |
Izračun hidrodinamične obremenitve
Sila pretoka na cevni snop se izračuna iz dinamičnega tlaka bližajočega se toka in koeficienta upora cevnega niza. Za hitrost prečnega toka 0,3 m/s v tipični posodi za galvanizacijo je dinamični tlak približno 50 Pa. Sila upora na eno 10 mm cev pri tej hitrosti je približno 0,15 N na meter dolžine cevi.
Za pregradno mrežo s 40 cevmi na kvadratni meter površine prečnega-prereza je skupna porazdeljena obremenitev približno 6 N/m² površine pregrade. To skromno obremenitev zlahka prenese PTFE cevna mreža. Vendar je obremenitev stalna in ciklični-pretok se spreminja glede na hitrost črpalke in stopnjo proizvodnje-zato mora zasnova podpore obravnavati utrujenost in statično trdnost.
Nosilni okvir vključuje konstrukcijske elemente iz PTFE ali PVDF, dimenzionirane za izračunane obremenitve z varnostnim faktorjem 3 na mejo tečenja pri najvišji delovni temperaturi. Povezave okvirja s strukturo rezervoarja uporabljajo PTFE-izolirane pritrdilne elemente za preprečevanje galvanske korozije.
Toplotna in pretočna zmogljivost
Zasnova z dvojno-funkcijo zagotavlja enakomernejše ogrevanje kot standardna talna-mreža, ker navpična usmerjenost pregrade prisili procesno tekočino, da teče skozi snop cevi, namesto da bi se dvigala mimo njega. Vsak element tekočine poteka blizu površine segrete cevi. Konfiguracija prečnega-toka doseže višji zunanji koeficient prenosa toplote kot naravna konvekcija, ki prevladuje v neomejenih rezervoarjih.
Kompromis-je povečana energija črpanja za premagovanje padca tlaka na vsaki pregradi. Pri večini aplikacij z nizko{2}}hitrostno plastjo rezervoarjev je padec tlaka 100-300 Pa na pregrado-kar ustreza 10–30 mm vodnega stolpca – dodatna energija črpanja pa je zanemarljiva.
Povzetek
Toplotni izmenjevalnik iz PTFE, zasnovan kot strukturna pregrada, združuje ogrevanje in smer pretoka v enem samem sklopu. Navpična cevna mreža se razteza čez prečni-rez rezervoarja in preusmerja tok, da prepreči-kratek stik, hkrati pa zagotavlja enakomerno segrevanje skozi celotno globino rezervoarja. Manjša razdalja med cevmi, robusten podporni okvir in povečana debelina stene cevi prilagajajo standardno zasnovo PTFE izmenjevalnika zahtevam po dvojni-funkciji.
Integrirana zasnova zmanjša zapletenost rezervoarja, sprosti obseg proizvodnje in izboljša tako toplotno kot hidravlično zmogljivost v primerjavi z ločenimi ogrevalnimi in zapornimi sistemi.
Inženirska podpora za dvojno{0}}funkcijo PTFE toplotnega izmenjevalnika/zasnove pregrade je na voljo po predložitvi dimenzij rezervoarja, stopenj pretoka, konfiguracije mešanja, ogrevanja in želenega vzorca pretoka.
