Каква е ползата от използването на много{0}}дизайн за PTFE топлообменник с тесен температурен подход?

Една от най-трудните термични задачи е тясният температурен подход, при който студеният изход трябва да е почти толкова горещ, колкото и горещият вход. Еднопроходният PTFE обменник би трябвало да има голяма топлопреносна площ поради ниска скорост и лоша корекция на LMTD. Разделянето на потока на няколко преминавания води до фундаментална промяна на хидравличния и топлинния баланс.

Термично предизвикателство за приложения за -приближаване
При работа с тесен температурен подход с многопроходен PTFE обменник, ограничаващият фактор е не само топлинното натоварване, но и малката температурна разлика, която е налична за насърчаване на преноса на топлина. Тъй като температурата на приближаване намалява, необходимото количество топлопреносна повърхност нараства бързо.

В случай на настройка с едно преминаване-, скоростта от страната на тръбата често е по-бавна, тъй като потокът се споделя между всички налични тръби наведнъж. Това води до по-ниски числа на Рейнолдс, по-слаба турбулентност и по-нисък коефициент на топлопреминаване. В същото време коефициентът на коригиране на LMTD може да бъде по-неблагоприятен поради лошото температурно кръстосано поведение при дълги конфигурации с едно преминаване.

Крайният резултат е голям отпечатък на обменника, който става непосилен за много инсталации.

Много{0}}дизайн за подобрена термична производителност
По-висока скорост от страната на тръбата
При много{0}}подреждане общият брой тръби, налични за всяко преминаване, е намален. Следователно, същата скорост на потока се задвижва през по-малка област на потока при всяко преминаване.

Това увеличава страничната скорост на тръбата, което незабавно увеличава числото на Рейнолдс. Получава се голямо подобрение в конвективния топлопренос, тъй като коефициентите на топлопреминаване на вътрешния поток са силно зависими от числото на Рейнолдс.

На практика интензитетът на турбулентността се увеличава, дебелината на граничния слой се намалява и устойчивостта на топлина от страната на тръбата се намалява.

По-добро използване на ефективен пренос на топлина
Има наказание по отношение на намаляването на коефициента на корекция на LMTD с много-система. Въпреки това, при условия на тесен подход това наказание обикновено се компенсира. Това е така, защото коефициентът на топлопреминаване доминира, когато промените в температурата са минимални.

С увеличаването на скоростта подобрението в ефективността на топлопреноса обикновено надвишава загубата, дължаща се на LMTD корекция. Това води до цялостно подобряване на ефикасността на топлообменника и до същото топлинно натоварване, което се получава при намалена повърхностна площ.

Тази многопроходна PTFE топлообменна конфигурация на тесен температурен подход позволява по-тесни температурни кръстосани ситуации без сериозно замърсяване на оборудването.

Механични съображения и компромиси-
Многопроходните-проекти въвеждат хидравлична и механична сложност. Падът на налягането от страната на тръбата се увеличава с броя на промените в посоката на потока и ефективната дължина на пътя на потока. Разпределението от страната на корпуса също трябва да може да се справя с все по-сложни всмукателни и изходни устройства.

Това увеличава значението на дизайна на хедъра, тъй като потокът трябва да бъде равномерно разпределен между проходите, за да се избегне неправилно разпределение и локализирана недостатъчна производителност.

Факторите на топлинен стрес също трябва да се вземат предвид. Множеството преминавания създават температурни разлики по дължината на тръбата, което може да доведе до разлики в разширението. В действителност PTFE е доста гъвкав и може да понесе голямо топлинно разширение, следователно механичното напрежение е много по-малко безпокойство, отколкото при металните топлообменници.

Конструкцията на колектора трябва да е подходяща за термично развитие и движение, без да се ограничава целостта на тръбата.

Проектна рамка и стандарти
Много{0}}настройките са широко разпространени в стандартите за проектиране на топлообменници като TEMA, където корекционните коефициенти на LMTD са дадени в зависимост от разположението на прохода и конфигурацията на потока. Тези параметри са важни за правилното прогнозиране на топлинните характеристики при не-идеални геометрии на потока.

Валидирането на проекта често включва итеративни термични и хидравлични изчисления, за да се изпълнят едновременно изискванията за падане на налягането и топлопренос.

Проектно равновесие при експлоатационни ограничения
Основната цел на дизайна е да се получи приемлив спад на налягането и механична сложност, като същевременно се поддържа подобрената производителност на топлопренос. Изборът често е конфигурация с 2 или 4 преминавания, като баланс между подобряване на скоростта и простота на системата.

Това се компенсира от повишения коефициент на топлопреминаване и изискването за по-ниска повърхностна площ въпреки повишаването на спада на налягането, особено в системи с тясно свързване или системи с ограничено пространство.

В обобщение
За PTFE топлообменници много{0}}топологиите са ефективно и често използвано решение, когато термичното натоварване изисква подход за ниска температура.

Това принуждава флуида да измине по-дълъг, по-регулиран път, което позволява на обменника да работи по-ефективно при по-малък отпечатък. Това прави много{1}}проектирането жизненоважен метод за осигуряване на високо-ефективен топлообмен при строги температурни ограничения.