การตัดสินใจจัดแถว
ชุดเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE ประกอบด้วยท่อหลายแถว การจัดเรียงแถวเหล่านี้-ไม่ว่าท่อในแถวเดียวจะอยู่ด้านหลังแถวก่อนหน้าโดยตรง (อินไลน์) หรือชดเชยด้วยระยะห่างครึ่งท่อ (เซ)- ส่งผลต่อทั้งการถ่ายเทความร้อนและแรงดันตก
แถวที่เซเพิ่มความปั่นป่วน ของไหลที่ไหลผ่านมัดจะพบกับท่อโดยตรงในเส้นทางของมัน แทนที่จะไหลผ่านช่องว่างที่เรียงตัวกัน ความปั่นป่วนนี้จะเพิ่มค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนที่ด้านข้าง- แต่ยังเพิ่มแรงดันตกคร่อมมัดอีกด้วย พลังงานสูบน้ำเพิ่มขึ้น
แถวแบบอินไลน์ช่วยให้ของไหลผ่านช่องที่เรียงกันโดยมีการรบกวนน้อยลง การถ่ายเทความร้อนจะลดลง แต่แรงดันก็ลดลงเช่นกัน รูปแบบที่เหมาะสมที่สุดขึ้นอยู่กับว่ากระบวนการจะได้ประโยชน์มากขึ้นจากการถ่ายเทความร้อนที่เพิ่มขึ้นหรือจากต้นทุนการปั๊มที่ลดลง
สำหรับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE ค่าการนำความร้อนต่ำของผนังท่อทำให้การเพิ่มประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนภายนอกมีคุณค่าอย่างยิ่ง ความต้านทานของผนังท่อสูงอยู่แล้ว การปรับปรุงใดๆ ในค่าสัมประสิทธิ์ภายนอกจะปรับปรุงค่า U- โดยรวมโดยตรง
ความแตกต่างของการถ่ายเทความร้อน
ในการไหลข้ามบนมัดท่อ หมายเลข Nusselt-ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนแบบไร้มิติ-ขึ้นอยู่กับหมายเลข Reynolds หมายเลข Prandtl และการจัดเรียงท่อ สำหรับหมายเลข Reynolds ที่กำหนด การจัดเรียงแบบเซจะทำให้ตัวเลข Nusselt สูงกว่าการจัดเรียงแบบอินไลน์ถึง 15-25%
กลไกนี้เป็นกระแสน้ำวนไหลออกมา ในการจัดเรียงแบบเซ ท่อแต่ละท่อจะปล่อยกระแสน้ำวนที่กระทบกับท่อปลายน้ำ ทำลายชั้นขอบเขตและเพิ่มการผสม ในการจัดเรียงแบบอินไลน์ ท่อดาวน์สตรีมจะอยู่ต่อจากท่ออัปสตรีม Wake Fluid ทำงานช้าลงและได้รับความร้อนแล้ว ส่งผลให้ความแตกต่างของอุณหภูมิที่มีประสิทธิภาพลดลง
ข้อได้เปรียบในการถ่ายเทความร้อนของการจัดเรียงแบบเซจะเด่นชัดที่สุดที่ตัวเลข Reynolds ปานกลาง (500-5,000) ซึ่งเป็นช่วงทั่วไปสำหรับการไหลด้านเปลือกในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE ที่ให้บริการอ่างชุบและดอง
ตารางที่ 1: การเปรียบเทียบประสิทธิภาพของรูปแบบท่อแบบอินไลน์กับแบบเซ (ท่อ OD PTFE 10 มม., ระยะห่างระหว่างกลาง 25 มม.)
| พารามิเตอร์ | รูปแบบอินไลน์ (สี่เหลี่ยม) | รูปแบบเซ (สามเหลี่ยม) | ความแตกต่าง |
|---|---|---|---|
| หมายเลขนัสเซลต์สัมพัทธ์ (Re=2,000) | 1.0 (พื้นฐาน) | 1.18 | +18% |
| ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนสัมพัทธ์ | 1.0 | 1.15-1.25 | +15-25% |
| ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน (ต่อแถวท่อ) | 1.0 (พื้นฐาน) | 1.35 | +35% |
| แรงดันตกสัมพัทธ์ (การไหลเดียวกัน) | 1.0 | 1.30-1.40 | +30-40% |
| หลอดต่อหน่วยปริมาตร | 1.0 (พื้นฐาน) | 1.15 (บรรจุหนาแน่น) | หลอดเพิ่มขึ้น +15% |
| การปรับปรุงค่า U- โดยรวม (พร้อมผนัง PTFE) | 1.0 | 1.12-1.18 | +12-18% |
| พลังการสูบน้ำเพิ่มขึ้น | 1.0 | 1.30-1.40 | +30-40% |
| แอปพลิเคชั่นที่แนะนำ | ความต้านทานการไหลต่ำวิกฤต | การถ่ายเทความร้อนมีความสำคัญอย่างยิ่ง | การใช้งาน PTFE ส่วนใหญ่ชอบเซ |
อัตราส่วนระยะพิทช์-ถึง-เส้นผ่านศูนย์กลาง
ระยะห่างระหว่างศูนย์กลาง-ถึง-ศูนย์กลางของท่อสัมพันธ์กับเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อ-อัตราส่วนพิทช์-ถึง-อัตราส่วนเส้นผ่านศูนย์กลาง-ส่งผลต่อทั้งสองรูปแบบ การเว้นระยะห่างที่ใกล้ชิดยิ่งขึ้นจะเพิ่มความปั่นป่วนและการถ่ายเทความร้อน แต่ยังเพิ่มแรงดันตกคร่อมและลดการเข้าถึงเพื่อทำความสะอาด
สำหรับท่อ PTFE ที่มีการจัดเรียงแบบเซ อัตราส่วนพิทช์-ถึง-เส้นผ่านศูนย์กลางที่ 2.0-2.5 ให้ความสมดุลที่ดีที่สุดของการเพิ่มประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนและแรงดันตกคร่อมที่เหมาะสม อัตราส่วนที่ต่ำกว่า 1.8 ทำให้เกิดการอัดแน่นจนทำให้การไหลด้านเปลือกถูกจำกัดมากเกินไป อัตราส่วนที่สูงกว่า 3.0 จะสูญเสียประโยชน์จากความปั่นป่วนของรูปแบบที่เซ
สำหรับการจัดเรียงแบบอินไลน์ อัตราส่วนพิทช์-ถึง-เส้นผ่านศูนย์กลาง 2.0 ถือเป็นมาตรฐาน ช่องการไหลที่จัดตำแหน่งจะมีความไวต่อระยะห่างน้อยกว่ารูปแบบที่เซ
การพิจารณาเฉพาะของ PTFE-
ท่อ PTFE มีความยืดหยุ่น ในการจัดเรียงแบบเซ ท่อจะต้องรักษาระยะห่างที่แม่นยำเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนที่คาดการณ์ไว้ หากท่อย้อยหรือเลื่อน รูปแบบการเดินโซเซจะลดลง และการถ่ายเทความร้อนจะลดลงไปสู่ค่าอินไลน์
แผ่นรองรับในช่วงเวลาที่ไม่เกินขีดจำกัดระยะห่างของตัวรองรับท่อถือเป็นสิ่งสำคัญในการรักษาการจัดเรียงที่ต้องการ ต้องเจาะรูแผ่นรองรับให้อยู่ในรูปแบบเซและรักษาตำแหน่งของท่อไว้ตลอดอายุการใช้งาน
สรุป
รูปแบบแถวของท่อที่เซในชุดอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อน PTFE จะเพิ่มค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน 15-25% เมื่อเทียบกับรูปแบบอินไลน์ โดยมีต้นทุนที่ความดันตกที่ด้านข้างเปลือกสูงกว่า 30-40% สำหรับการใช้งาน PTFE ส่วนใหญ่ ซึ่งความต้านทานของผนังท่อมีความสำคัญ การถ่ายเทความร้อนที่เพิ่มขึ้นจะช่วยลดแรงดันตกคร่อม
อัตราส่วนพิทช์{0}}ถึง-เส้นผ่านศูนย์กลาง 2.0-2.5 ในการจัดเรียงแบบเซจะปรับสมดุลให้เหมาะสม ระยะห่างของแผ่นรองรับที่เพียงพอจะรักษารูปแบบการเดินโซเซตลอดอายุการใช้งานของอุปกรณ์
คำแนะนำด้านวิศวกรรมสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพการจัดเรียงมัดท่อ PTFE นั้นมีให้โดยการส่งอัตราการไหลของด้านข้างของเปลือก- แรงดันตกคร่อมที่อนุญาต คุณสมบัติของของไหล และข้อกำหนดการถ่ายเทความร้อน
