Odločitev o razporeditvi vrst
Snop toplotnega izmenjevalnika PTFE je sestavljen iz več vrst cevi. Razporeditev teh vrst-ne glede na to, ali so cevi v eni vrsti neposredno za tistimi v prejšnji vrsti (v liniji) ali zamaknjene za polovico razmika med cevmi (zamaknjeno)-vpliva na prenos toplote in padec tlaka.
Zamaknjene vrste povečujejo turbulenco. Tekočina, ki teče skozi snop, naleti na cevi neposredno na svoji poti, namesto da gre skozi poravnane reže. Ta turbulenca poveča-koeficient prenosa toplote na strani lupine. Poveča pa tudi padec tlaka čez snop. Energija črpanja se poveča.
Vrstice v vrsti omogočajo, da tekočina prehaja skozi poravnane kanale z manj motenj. Prenos toplote je nižji, a tudi padec tlaka. Optimalni vzorec je odvisen od tega, ali ima postopek večjo korist od povečanega prenosa toplote ali zmanjšanih stroškov črpanja.
Pri PTFE toplotnih izmenjevalnikih je zaradi nizke toplotne prevodnosti stene cevi izboljšanje zunanjega prenosa toplote še posebej dragoceno. Odpornost stene cevi je že visoka; vsako izboljšanje zunanjega koeficienta neposredno izboljša celotno vrednost U-.
Razlika v prenosu toplote
Pri prečnem toku preko cevnih snopov je Nusseltovo število-brezdimenzijski koeficient prenosa toplote-odvisno od Reynoldsovega števila, Prandtlovega števila in razporeditve cevi. Za dano Reynoldsovo število zamaknjena razporeditev povzroči 15–25 % višja Nusseltova števila kot vgrajena razporeditev.
Mehanizem je vrtinčenje. V zamaknjeni razporeditvi vsaka cev oddaja vrtince, ki posegajo v spodnje cevi, motijo mejno plast in povečujejo mešanje. V inline razporeditvi so spodnje cevi nameščene za gorvodnimi cevmi. Prehodna tekočina je počasnejša in je že segreta, kar zmanjšuje efektivno temperaturno razliko.
Prednost prenosa toplote zaradi zamaknjene razporeditve je najbolj izrazita pri zmernih Reynoldsovih številih (500-5000), kar je tipično območje za tok na strani lupine v toplotnih izmenjevalnikih PTFE, ki služijo kopeli za galvanizacijo in luženje.
Tabela 1: Primerjava zmogljivosti vzorcev cevi v liniji in zamaknjenih (10 mm OD PTFE cevi, 25 mm sredinski razmik)
| Parameter | Inline (kvadratni) vzorec | Razmaknjeni (trikotni) vzorec | Razlika |
|---|---|---|---|
| Relativno Nusseltovo število (Re=2,000) | 1.0 (izhodišče) | 1.18 | +18% |
| Relativni koeficient prehoda toplote | 1.0 | 1.15-1.25 | +15-25% |
| Faktor trenja (na vrsto cevi) | 1.0 (izhodišče) | 1.35 | +35% |
| Relativni padec tlaka (isti pretok) | 1.0 | 1.30-1.40 | +30-40% |
| Epruvete na prostorninsko enoto | 1.0 (izhodišče) | 1,15 (gostejše pakiranje) | +15 % več cevi |
| Splošno izboljšanje U{0}}vrednosti (s PTFE steno) | 1.0 | 1.12-1.18 | +12-18% |
| Povečanje moči črpanja | 1.0 | 1.30-1.40 | +30-40% |
| Priporočena uporaba | Kritičen nizek pretočni upor | Prenos toplote kritičen | Večina aplikacij PTFE daje prednost zamaknjenemu |
Razmerje-in-premera
Razmik-in-sredin cevi glede na njihov premer-razmerje-in-premera-vpliva na oba vzorca. Manjša razdalja poveča turbulenco in prenos toplote, poveča pa tudi padec tlaka in zmanjša dostop za čiščenje.
Za PTFE cevi v zamaknjeni razporeditvi razmerje med korakom-in-premerom 2,0-2,5 zagotavlja najboljše ravnotežje med izboljšanjem prenosa toplote in razumnim padcem tlaka. Razmerja pod 1,8 ustvarijo tako tesno tesnjenje, da je pretok na strani lupine pretirano omejen. Razmerja nad 3,0 izgubijo turbulenčno korist zamaknjenega vzorca.
Za razporeditve v vrstici je standardno razmerje med-in-premerom 2,0. Poravnani pretočni kanali so manj občutljivi na razmik kot zamaknjeni vzorec.
PTFE{0}}Posebno upoštevanje
PTFE cevi so fleksibilne. Pri zamaknjeni razporeditvi morajo cevi ohraniti natančno razdaljo, da dosežejo predvideno povečanje prenosa toplote. Če se cevi povesijo ali premaknejo, se vzorec razporeditve poslabša in prenos toplote pade proti vgrajeni vrednosti.
Podporne plošče v intervalih, ki ne presegajo omejitev razmika podpornih cevi, so bistvenega pomena za ohranitev predvidene razporeditve. Luknje za podporno ploščo je treba izvrtati v zamaknjenem vzorcu in ohranjati položaj cevi skozi celotno življenjsko dobo.
Povzetek
Zamaknjeni vzorci cevnih vrst v snopih toplotnih izmenjevalcev PTFE povečajo koeficient prenosa toplote za 15-25 % v primerjavi z vgrajenimi vzorci, na ceno 30-40 % višjega padca tlaka na strani ohišja. Za večino aplikacij PTFE, kjer je upor stene cevi pomemben, dobiček pri prenosu toplote upraviči kazen padca tlaka.
Razmerje med nagibom-in-premerom 2,0–2,5 v zamaknjeni razporeditvi optimizira ravnotežje. Ustrezna razdalja med podpornimi ploščami ohranja zamaknjen vzorec skozi celotno življenjsko dobo opreme.
Inženirska priporočila za optimizacijo razporeditve PTFE cevnega snopa so na voljo ob predložitvi pretoka-na strani lupine, dovoljenega padca tlaka, lastnosti tekočine in zahtev za prenos toplote.
