Deflektoriuose rezervuaruose, -naudojamuose maišymui, cheminėms reakcijoms ir šilumos perdavimui- tarp pertvaros ir rezervuaro sienelės susidaro srauto aplinkkelio kanalas. Jei šiame kanale yra PFA šildytuvas, srauto greitis pro šildytuvą turi būti pakankamas, kad būtų išlaikytas šilumos perdavimas ir būtų išvengta vietinio perkaitimo. Mažiausias vandens tiekimo PFA šildytuvų srauto apėjimo greitis yra 0,3–0,5 m/s, kad PFA paviršiaus temperatūra išliktų 10 laipsnių ribose nuo tūrinio skysčio esant tipiniam vatų tankiui (3–5 W/cm²). Esant tam tikram atstumui tarp pertvaros (tarpas tarp pertvaros krašto ir bako sienelės), šildytuvo skersmuo turi būti parinktas taip, kad aplink šildytuvą esančio aplinkkelio kanalo skerspjūvio plotas būtų pakankamai didelis, kad būtų išlaikytas greitis. Taisyklė: šildytuvo OD turi būti mažesnis arba lygus 50% pertvaros tarpo pločio. Esant 100 mm pertvaros tarpui, maksimalus šildytuvo OD yra 50 mm. Esant 50 mm tarpui, maksimalus šildytuvo OD yra 25 mm. Didesni šildytuvai slopina srautą, sumažindami greitį ir sukeldami perkaitimą.
Srauto aplinkkelio greičio skaičiavimas
Greitis pertvaros tarpelyje yra v=Q / A, kur Q yra tūrinis srautas iš maišytuvo arba recirkuliacinio siurblio, o A yra tarpo, kurio neužima šildytuvas, skerspjūvio plotas. Bendras tarpo plotis yra W, šildytuvo OD yra D, o bako aukštis yra H (manoma, kad jis visiškai panardintas). Laisvasis plotas A_free=(W - D) × H. Jei D artėja prie W, A_free artėja prie nulio, greitis smarkiai sumažėja. Norint išlaikyti v Didesnę arba lygią 0,3 m/s, A_free turi būti Didesnė arba lygi Q / 0,3. Įprastam bakui su maišytuvu, tiekiančiu Q=0.05 m³/s (3 m³/min), H=2 m, reikalingas A_free=0.05 / 0.3=0.167 m². Tada (P - S) × 2=0.167, taigi P - S=0.0835 m=83.5 mm. Jei P=150 mm, didžiausias D=150 - 83.5=66.5 mm. Tiktų 65 mm šildytuvas. Jei W=100 mm, maksimalus D=100 - 83.5=16.5 mm-labai mažas šildytuvas. Šiuo atveju šildytuvas negali būti dedamas į pertvaros tarpą; jis turi būti perkeltas.
Natūralios konvekcijos rezervuaruose (be siurblio, be maišytuvo) srauto greitį sukuria plūdrumas. Didžiausias greičio kilimas palei šildytuvą yra apytiksliai v=√(2 × g × × ΔT × L), kur g=9.81 m/s² yra šiluminio plėtimosi koeficientas (0,0004/laipsniui vandeniui), ΔT yra temperatūros skirtumas tarp šildytuvo paviršiaus ir tūrio (10 laipsnių), o L yra šildytuvo ilgis (1). v=√(2 × 9,81 × 0,0004 × 10 × 1)=√(0,0785)=0.28 m/s-mažiausiai. Bet koks apribojimas, mažinantis šį greitį, gali perkaisti. Norint išvengti natūralios konvekcijos, šildytuvo skersmuo turi būti mažesnis arba lygus 30 % pertvaros tarpo pločio, kad būtų išvengta užspringimo.
Šildytuvo skersmuo ir pertvaros tarpo pasirinkimo lentelė
| Reflektorių tarpo plotis (mm) | Srauto tipas | Mažiausias reikalingas v (m/s) | Maksimalus šildytuvo OD (mm), kai v Didesnis arba lygus min | Rekomenduojamas šildytuvo OD (mm) | Pastabos |
|---|---|---|---|---|---|
| 50 | Priverstinis (siurblys, maišytuvas) | 0.3 | 25 | 20–25 | Tvirtas, bet įmanomas |
| 50 | Natūrali konvekcija | 0.25 | 15 | 12–16 | Labai mažas šildytuvas |
| 75 | Priversta | 0.3 | 40 | 32–38 | Gerai |
| 75 | Natūralus | 0.25 | 22 | 20–25 | Priimtinas |
| 100 | Priversta | 0.3 | 58 | 50 | Standartinis |
| 100 | Natūralus | 0.25 | 30 | 25 | Gerai |
| 125 | Priversta | 0.3 | 83 | 75 | Galimas didelis šildytuvas |
| 150 | Priversta | 0.3 | 108 | 100 | Tipiškas dideliems bakams |
| 200 | Priversta | 0.3 | 158 | 150 | Gali tilpti keli šildytuvai |
Negabaritinio šildytuvo pasekmės deflektoriuje
Jei šildytuvo skersmuo per didelis pertvaros tarpui (D > 0,6 × W priverstiniam srautui, D > 0,3 × W natūraliai konvekcijai), iškyla trys problemos:
Srauto stagnacija: Greitis nukrenta žemiau 0,2 m/s. Šilumos perdavimo koeficientas h sumažėja nuo 500–1000 W/m²·K iki 100–300 W/m²·K. Esant pastoviam vatų tankiui, PFA paviršiaus temperatūra pakyla 20–50 laipsnių.
Lokalus perkaitimas: šilčiausias taškas yra šildytuvo pasroviui (pabudus). Temperatūros skirtumas tarp prieš srovę ir pasroviui gali siekti 20–30 laipsnių, sukeldamas netolygią šiluminę įtampą.
Pagreitintas mastelio keitimas: Mažas greitis leidžia burbuliukams ir dalelėms prilipti prie šildytuvo, suformuojant apnašas ir bioplėveles. Skalė dar labiau sumažina šilumos perdavimą, sukurdama teigiamą grįžtamojo ryšio kilpą.
Negabaritinio šildytuvo, esančio pertvaros tarpelyje, apžiūra rodo ryškų raštą: PFA yra pageltusi arba ruda pasroviui, su baltomis nuosėdomis. Prieš srovę esanti pusė gali atrodyti normali. Jei pastebimas šis modelis, šildytuvas yra per didelis tarpeliui.
Diegimo alternatyvos, kai tarpas per mažas
Jei reikalingas šildytuvo skersmuo viršija didžiausią leistiną pertvaros tarpą, apsvarstykite šias alternatyvas:
Perkelkite šildytuvą: Sumontuokite šildytuvą bako centre (atokiau nuo pertvarų) arba recirkuliacijos kilpoje. Centrinis montavimas dažnai turi didesnį srauto greitį nei pertvaros tarpai.
Naudokite kelis mažesnius šildytuvus: Vietoj vieno 50 mm šildytuvo naudokite du 25 mm šildytuvus. Bendras paviršiaus plotas (ir galia) gali būti vienodas, tačiau kiekvienas mažesnis šildytuvas turi mažesnį srauto apribojimą.
Padidinkite pertvaros tarpą: Jei rezervuaro konstrukcija leidžia, padidinkite W judindami pertvaras arba apkarpydami pertvarų kraštus. Pridėjus 25 mm tarpą, galima naudoti 50 mm šildytuvą, kur anksčiau tilpo tik 32 mm.
Pridėkite srauto greitintuvą: Norėdami padidinti vietinį greitį, į pertvaros tarpą įstatykite nedidelį siurblį arba purkštuką. Purkštukas sunaudoja šiek tiek siurblio energijos, bet atkuria šilumos perdavimą.
Lauko pavyzdys
5000 l maišymo bako pertvaros tarpas buvo 80 mm. Gamykloje buvo sumontuotas 63 mm PFA šildytuvas (79 % tarpo). Srauto greitis (išmatuotas) buvo 0,12 m/s. Šildytuvas išsiplėtė per 3 mėnesius, o PFA paviršiaus temperatūra pasiekė 115 laipsnių 70 laipsnių vandenyje (45 laipsnių pakilimas). Gamykla jį pakeitė dviem 25 mm šildytuvais (bendra galia tokia pati), esančiais abiejose pertvaros pusėse. Greitis aplink kiekvieną šildytuvą buvo 0,35 m/s. Sumažėjo apnašų susidarymas, paviršiaus temperatūra nukrito iki 85 laipsnių, o šildytuvo tarnavimo laikas pailgėjo nuo 6 mėnesių iki 5 metų. Dviejų šildytuvų kaina (2 × 500=500=1 000) buvo didesnė nei vieno 63 mm šildytuvo (800 USD), tačiau ilgesnis tarnavimo laikas ir trumpesnė prastovos trukmė atsipirko per 18 mėnesių.
Išvada: šildytuvo OD mažesnis arba lygus 0,5 × priverstinio srauto pertvaros tarpas
PFA šildytuvui, sumontuotam pertvaros tarpelyje, pasirinkite tokį šildytuvo skersmenį, kad OD būtų mažesnis arba lygus 0,5 × pertvaros tarpo plotis (W) priverstiniam srautui (siurbiamam arba maišomam), o OD būtų mažesnis arba lygus 0,3 × W natūraliai konvekcijai. Tai užtikrina pakankamai laisvo ploto, kad būtų išlaikytas minimalus srauto apėjimo greitis 0,3 m/s (priverstinis) arba 0,25 m/s (natūralus). Per dideli šildytuvai slopina srautą, todėl mažas greitis, aukšta paviršiaus temperatūra, pagreitėja nuosėdų susidarymas ir ankstyvas gedimas. Išmatuokite tarpą, apskaičiuokite didžiausią leistiną OD ir atitinkamai pasirinkite. Jei reikalingas OD viršija ribą, perkelkite šildytuvą arba naudokite kelis mažesnius šildytuvus. Deflektorinis tarpas skirtas srautui, o ne kuo didesniam šildytuvui prikimšti. Gerbkite tarpą, nustatykite šildytuvo dydį, palaikykite srautą. Jūsų šildytuvas jums padėkos už ilgametę tarnavimo laiką.
