Greitis, lemiantis plėvelės koeficientą
Cheminio apdorojimo įrenginys, kuriame naudojamas PTFE šilumokaitis, kurio vamzdžio -šoninis greitis yra 1,5 m/s, bendras šilumos perdavimo koeficientas yra 250 W/m²·K. Proceso-šoninės plėvelės koeficientas yra apytiksliai 1200 W/m²·K, vamzdžio sienelės varža sudaro maždaug 0,0032 m²·K/W, o aptarnavimo-šoninės plėvelės koeficientas yra maždaug 3000 W/m²·K.
Bendras koeficientas yra šiluminių varžų sumos atvirkštinė vertė. Proceso-šoninės plėvelės varža yra 1/1,200=0.00083 m²·K/W. Vamzdžio sienelės varža yra 0,0032 m²·K/W. Aptarnavimo-šoninės plėvelės varža yra 1/3,000=0.00033 m²·K/W. Bendra varža yra 0,00436 m²·K/W, o bendras koeficientas 229 W/m²·K.
Proceso{0}šoninės plėvelės atsparumas yra maždaug 19 % viso atsparumo. Vamzdžio sienelės atsparumas yra maždaug 73% viso. Aptarnavimo-šoninės plėvelės atsparumas yra maždaug 8 % viso.
Jei greitis sumažinamas nuo 1,5 m/s iki 0,75 m/s, proceso -šoninės plėvelės koeficientas sumažėja iki maždaug 690 W/m²·K, o plėvelės varža padidėja iki 0,00145 m²·K/W. Bendra varža padidėja iki 0,0050 m²·K/W, o bendras koeficientas sumažėja iki 200 W/m²·K. Bendras koeficientas sumažėja 13%, nors greitis sumažėjo perpus.
Kodėl poveikis yra mažesnis nei tikėtasi
Greičio įtaka bendram koeficientui yra mažesnė už poveikį plėvelės koeficientui, nes plėvelės varža yra tik dalis viso pasipriešinimo. PTFE šilumokaityje dominuoja vamzdžio sienelės varža, o plėvelės varža yra antrinis veiksnys.
Tai skiriasi nuo metalinio šilumokaičio, kuriame vamzdžio sienelės varža yra nereikšminga ir dominuoja plėvelės atsparumas. Metaliniame šilumokaityje 50% sumažinus greitį, bendras koeficientas sumažėja maždaug 43%. PTFE šilumokaityje toks pat greičio sumažinimas sumažina bendrą koeficientą tik 10–15%.
Mažesnis efektas reiškia, kad greitis yra mažiau svarbus bendram PTFE šilumokaičio veikimui nei metaliniame šilumokaityje. Tačiau greitis vis dar svarbus dėl kitų priežasčių, įskaitant užsiteršimo kontrolę, srauto paskirstymą ir vamzdžio vibraciją.
Greičio efektas esant skirtingo storio sienoms
Greičio poveikis bendram koeficientui priklauso nuo vamzdžio sienelės storio. Plonesnė siena turi mažesnę sienelės varžą, o tai reiškia, kad plėvelės varža yra didesnė viso pasipriešinimo dalis, o greičio efektas yra didesnis.
PTFE vamzdžio su 0,5 mm sienele ir 0,25 W/m·K šilumos laidumo koeficientu sienelės varža yra 0,0020 m²·K/W. Bendra varža, kai proceso -šoninės plėvelės koeficientas yra 1 200 W/m²·K, o eksploatacinės-šoninės plėvelės koeficientas yra 3 000 W/m²·K, yra 0,00316 m²·K/W, o bendras koeficientas yra 316 W/m²·K. Proceso{13}šoninės plėvelės atsparumas sudaro 26 % viso.
Jei greitis sumažėja perpus, proceso{0}}šoninės plėvelės koeficientas sumažėja iki 690 W/m²·K, o plėvelės varža padidėja iki 0,00145 m²·K/W. Bendra varža padidėja iki 0,00378 m²·K/W, o bendras koeficientas sumažėja iki 265 W/m²·K. Bendras koeficientas sumažėja 16%, palyginti su 13% 0,8 mm sienoje.
Plonesnėms sienoms greičio efektas yra didesnis, nes sienos varža yra mažesnė viso pasipriešinimo dalis.
Greičio efektas esant skirtingiems vamzdžių skersmenims
Greičio poveikis plėvelės koeficientui priklauso nuo vamzdžio skersmens. Mažesnio skersmens vamzdis turi didesnį plėvelės koeficientą tam pačiam greičiui, nes srautas yra turbulentinis, o ribinis sluoksnis yra plonesnis.
6 mm vamzdžio, kurio greitis yra 1,5 m/s, Reinoldso skaičius yra maždaug 9000, tai yra pereinamojo srauto režime. Plėvelės koeficientas yra maždaug 1000 W/m²·K.
12 mm vamzdžio, kurio greitis yra 1,5 m/s, Reinoldso skaičius yra maždaug 18 000, o tai yra turbulentinio srauto režimu. Plėvelės koeficientas yra maždaug 1500 W/m²·K.
Didesnio skersmens vamzdis turi didesnį plėvelės koeficientą tuo pačiu greičiu, nes Reinoldso skaičius yra didesnis. Tačiau didesnio skersmens vamzdis taip pat turi mažesnį paviršiaus plotą tūrio vienetui, o tai sumažina bendrą šilumos perdavimo plotą tam tikram šilumokaičio tūriui.
Greičio poveikio bendrajam koeficientui kiekybinis įvertinimas
Šioje lentelėje apibendrinamas bendras šilumos perdavimo koeficientas esant skirtingiems vamzdžių{0} šoniniams greičiams PTFE šilumokaičiui, kurio sienelė yra 0,8 mm, vamzdžio skersmuo 9,5 mm, o eksploatacinės- šoninės plėvelės koeficientas yra 3 000 W/m²·K.
| Vamzdis{0}}Šoninis greitis | Reinoldso skaičius | Procesas-Šoninės plėvelės koeficientas | Procesas-Šoninės plėvelės atsparumas | Bendras pasipriešinimas | Bendras koeficientas | Pakeitimas nuo pradinio lygio |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0.5 m/s | 4,500 | 500 W/m²·K | 0.00200 m²·K/W | 0.00553 m²·K/W | 181 W/m²·K | −21% |
| 0.75 m/s | 6,750 | 690 W/m²·K | 0.00145 m²·K/W | 0.00498 m²·K/W | 201 W/m²·K | −12% |
| 1.0 m/s | 9,000 | 850 W/m²·K | 0.00118 m²·K/W | 0.00471 m²·K/W | 212 W/m²·K | −7% |
| 1.25 m/s | 11,250 | 1,000 W/m²·K | 0.00100 m²·K/W | 0.00453 m²·K/W | 221 W/m²·K | −3% |
| 1.5 m/s | 13,500 | 1,150 W/m²·K | 0.00087 m²·K/W | 0.00440 m²·K/W | 227 W/m²·K | Bazinė linija |
| 2.0 m/s | 18,000 | 1,450 W/m²·K | 0.00069 m²·K/W | 0.00422 m²·K/W | 237 W/m²·K | +4% |
| 2.5 m/s | 22,500 | 1,700 W/m²·K | 0.00059 m²·K/W | 0.00412 m²·K/W | 243 W/m²·K | +7% |
| 3.0 m/s | 27,000 | 1,950 W/m²·K | 0.00051 m²·K/W | 0.00404 m²·K/W | 248 W/m²·K | +9% |
Bendros koeficiento vertės daroma prielaida, kad 0,8 mm PTFE sienelė, kurios šilumos laidumas yra 0,25 W/m·K, o eksploatacinės -šoninės plėvelės koeficientas yra 3 000 W/m²·K. Proceso-šoninės plėvelės koeficientas apskaičiuojamas pagal Dittus-Boelter koreliaciją, skirtą turbulentiniam srautui.
Praktinis PTFE šilumokaičių greičio diapazonas
Praktinis PTFE šilumokaičių greičio diapazonas nustatomas pagal{0}}šilumos perdavimo naudos ir slėgio kritimo baudą. Didesnis greitis padidina plėvelės koeficientą, bet taip pat padidina slėgio kritimą, o tai padidina siurbimo energiją.
Daugumoje PTFE šilumokaičių praktinis greičio diapazonas yra 1,0–2,0 m/s. Žemiau 1,0 m/s, plėvelės koeficientas yra mažas, o užsiteršimo greitis yra didelis. Virš 2,0 m/s sparčiai didėja slėgio kritimas ir siurbimo energija, didėja vamzdžių vibracijos ir erozijos rizika.
Optimalus greitis priklauso nuo konkrečios paskirties. Švariam eksploatavimui su mažu užsiteršimo potencialu pakanka 1,0–1,5 m/s greičio. Norint sumažinti užsiteršimo greitį, rekomenduojamas 1,5–2,0 m/s greitis.
Greičio poveikis užsiteršimui
Greitis turi įtakos ne tik plėvelės koeficientui, bet ir užsiteršimo greičiui. Didesnis greitis padidina šlyties įtempį ties vamzdžio sienele, o tai sumažina nuosėdų sukibimą ir užsiteršimo greitį.
Šlyties įtempis yra proporcingas greičio kvadratui. Padvigubėjus greitį, šlyties įtempis padidėja keturis kartus. Didesnis šlyties įtempis pašalina nuosėdas nuo vamzdžio sienelės ir neleidžia joms kauptis.
Užteršimo metu greičio poveikis užsiteršimo greičiui gali būti svarbesnis nei greičio poveikis plėvelės koeficientui. Didesnis greitis sumažina valymo dažnumą ir priežiūros išlaidas, net jei plėvelės koeficiento pagerėjimas yra nedidelis.
Greičio poveikis vamzdžio vibracijai
Didesnis greitis padidina vamzdžio vibracijos riziką, ypač skersine{0}}tekėjimo kryptimi. Vibracija gali sukelti nuovargio įtrūkimus vamzdžių atramose ir vamzdžio lakštų jungtyse.
Vibracijos rizika priklauso nuo vamzdžio natūralaus dažnio, atramų atstumo ir srauto greičio. PTFE vamzdžių natūralus dažnis yra mažesnis nei metalinių vamzdžių dėl mažesnio elastingumo modulio. Vibracijos rizika yra didesnė PTFE vamzdžiams esant tuo pačiu greičiu.
Praktinė PTFE vamzdžių greičio riba paprastai yra 2,0–2,5 m/s, kurią viršijus vibracijos rizika tampa reikšminga. Riba priklauso nuo atstumo tarp atramų ir vamzdžio skersmens.
Dizaino ypatybės, kurios padidina greičio efektą
Keletas dizaino ypatybių padidina greičio poveikį plėvelės koeficientui.
Mažesnis vamzdžio skersmuo.Mažesnio skersmens vamzdis turi didesnį plėvelės koeficientą tam pačiam greičiui, nes Reinoldso skaičius yra didesnis.
Patobulintas vamzdžio paviršius.Vamzdžio paviršius su pelekais arba grioveliais padidina plėvelės koeficientą padidindamas paviršiaus plotą ir skatindamas turbulenciją.
Srauto paskirstymo antraštė.Srauto paskirstymo antraštė užtikrina vienodą srautą per vamzdžių pluoštą, o tai apsaugo nuo lokalizuotų mažo{0}}greičio zonų.
Kintamo dažnio pavara.Kintamo dažnio pavara ant siurblio leidžia reguliuoti srautą, kad jis atitiktų proceso poreikį, o tai palaiko optimalią greitį.
Optimalaus greičio specifikacijos parametrai
Įrangos inžinieriai, nurodantys PTFE šilumokaitį, su tiekėju turėtų patvirtinti šiuos parametrus.
Projektinis greitis.Nurodykite projektinį vamzdžio{0}}šoninį greitį. Daugeliu atvejų rekomenduojamas 1,0–2,0 m/s greitis.
Srauto greitis.Nurodykite projektinį srautą ir numatomą diapazoną.
Vamzdžio skersmuo.Nurodykite vamzdžio skersmenį pagal srautą ir greitį.
Slėgio kritimas.Nurodykite didžiausią leistiną slėgio kritimą.
Užteršimo galimybė.Nurodykite proceso skysčio užsiteršimo potencialą. Užteršimo priežiūrai rekomenduojamas didesnis greitis.
Vibracijos rizika.Nurodykite vamzdžio atramos atstumą ir vibracijos analizės reikalavimus.
Siurblio valdymas.Nurodykite siurblio valdymo metodą. Norint optimaliai valdyti greitį, rekomenduojama naudoti kintamo dažnio pavarą.
Temperatūros stebėjimas.Nurodykite temperatūros jutiklius ir šilumos perdavimo efektyvumo stebėjimo metodą.
Greičio suderinimas su šilumos perdavimo ir užteršimo reikalavimais
Srauto greitis PTFE šilumokaičio vamzdeliuose įtakoja plėvelės šilumos perdavimo koeficientą per galios dėsnį, kurio eksponentas yra maždaug 0,8. Poveikis bendram koeficientui yra mažesnis, nes PTFE šilumokaičiuose dominuoja vamzdžio sienelių varža. Tačiau greitis vis dar svarbus užteršimo kontrolei, srauto paskirstymui ir vamzdžio vibracijai.
Greitis turėtų būti parenkamas atsižvelgiant į šilumos perdavimo poreikį, užsiteršimo potencialą ir slėgio kritimo ribą. Daugeliu atvejų rekomenduojamas 1,0–2,0 m/s greitis. Užteršimo priežiūrai rekomenduojamas didesnis greitis, o švariai – mažesnis greitis.
Cheminio apdorojimo įrenginiams, vertinantiems PTFE šilumokaičio galimybes, greitis turėtų būti nurodytas pirkimo dokumentuose ir patikrintas pradedant eksploatuoti. Gamintojo pateikta numatytoji konfigūracija gali būti optimizuota kompaktiškumui, o ne šilumos perdavimo charakteristikoms, o gautas greitis gali neatitikti faktinių proceso reikalavimų.
Įrangos inžinieriai ir pirkimo specialistai, vertinantys PTFE šilumokaičio specifikacijas, skirtas cheminiam apdorojimui ar kitoms šilumos perdavimo paslaugoms, gali paprašyti projekto peržiūros, apimančios projektinį greitį, srautą, vamzdžio skersmenį, slėgio kritimą, užsiteršimo potencialą ir vibracijos riziką, kad patvirtintų, kad įrenginys atitinka faktinius proceso reikalavimus ir įrenginio sąnaudų struktūrą.
