Какво е препоръчителното разстояние между множество PTFE нагреватели в един резервоар, за да се избегнат топлинни смущения?

Може да изглежда като ефективен подход за концентриране на топлинния капацитет, но когато два мощни PTFE потопяеми нагревателя са поставени твърде близо един до друг в резервоар, между компонентите може да се развие-динамична мъртва зона на флуида. Всеки нагревател произвежда издигащ се стълб гореща течност. Сблъсъкът на тези топлинни струи води до единичен нестабилен модел на потока, което означава, че течността между нагревателите не циркулира правилно.

Инженерното предизвикателство при разполагането на няколко PTFE нагревателя е термична интерференция; проблемът не е електрически контакт или лъчисто отопление. Истинският проблем е нарушаването на конвективното движение. Неправилното разстояние влияе върху ефективността на преноса на топлина, повишава температурата на обвивката и причинява локализирани горещи точки, като по този начин намалява живота на нагревателя.

Как работи PTFE нагревателят Естествена конвекция
Конвекцията е доминиращият режим, чрез който топлината на вертикален PTFE потопяем нагревател се прехвърля към околната течност.

Когато обвивката нагрява течността наоколо:

Плътността му става по-малка

Течността се издига

По-хладна течност се вкарва отдолу и отстрани

Образува се струя с непрекъсната циркулация

Този модел на естествена конвекция циркулира топлината в резервоара без необходимост от механично разбъркване.

Формата и силата на струята зависи от няколко неща, включително:

Мощност на нагревателя

Вискозитет на течности

Дизайн на резервоара

Температура на течността

Поставяне на нагревателя

Конвекционните струи са по-широки и по-бързи, когато мощността на нагревателя е по-висока, и по-бавни и по-малки, когато течността е вискозна.

Ами ако поставите твърде много нагреватели близо един до друг
Проблемите започват, когато съседни нагреватели се конкурират за една и съща заобикаляща течност.

Конкуриращи се зони на приток
Всеки нагревател се нуждае от по-студена течност около долната му част, за да може конвекцията да работи ефективно.

Ако вторият нагревател е монтиран твърде близо:

Зоните им на прием се припокриват

Ограничено снабдяване с охлаждаща течност

Скоростта на потока между нагревателите спада.

Отслабване на кръвообращението

Нагревателите изискват пространство за дишане, за да могат да функционират правилно.

Развитие на стагнираща гореща точка
Ако конвекционният поток е ограничен, между нагревателите може да се образува застояла зона.

Това място в капан може да изпита:

По-малко течно движение

Локално по-висока температура

Лош пренос на топлина

Охлаждането на повърхността на обвивката е намалено.

Ако коефициентът на топлопреминаване намалее, температурата на PTFE обвивката ще се повиши дори при същата мощност в нагревателя.

Ефектът обикновено е контра{0}}продуктивен:

По-ниска обща ефективност на отопление

По-голям шанс за локално прегряване

Ускорено стареене на обвивката

Увеличаване на образуването на утайка или котлен камък в процесните течности

Препоръчително разстояние между PTFE нагревателите
За да се намалят топлинните смущения, често се използва препоръка за минимално разстояние от център-до-център.

Минимално препоръчително разделяне
Общото предложено разстояние е:

1,5 до 2 пъти термичната дължина на елемента

Например:

Дължина на отопление Препоръчително минимално централно разстояние 500 mm 750 - 1000 mm
1000 mm 1500 – 2000 mm 1500 mm 2250 – 3000 mm
Това разделяне позволява на всеки нагревател да развие собствен конвекционен поток без ненужно взаимодействие.

Защо това разстояние е ефективно
В тази точка на разделяне:

Всеки нагревател може сам да изтегли по-хладна течност

Гладът на потока е намален

Конвекцията все още е симетрична

Повърхностният топлопренос остава стабилен.

Топлинните струи все още могат да взаимодействат в горната част на резервоара, но долният входящ поток е достатъчно изолиран за ефективна работа.

Съображения за дълбокия резервоар
Допълнителни затруднения с конвекцията възникват при дълбоки технологични резервоари.

Сливане на шлейф във високи резервоари
Нагрятата течност се издига, струята се отклонява и забавя естествено.

В дълбоки резервоари:

Перките се разпръскват нагоре

А близките перки могат да се съединят на върха

По-слабите модели на потока на горното ниво стават нестабилни.

По този начин за високи резервоари, дори ако разделянето на по-ниски-нива изглежда достатъчно, може да е необходимо по-голямо разстояние.

Горещи или вискозни течности
Киселините, разтворите за покритие и концентрираните химикали са склонни да стават вискозни или стратифицирани при работни условия.

По-високият вискозитет възпрепятства естествената циркулация и следователно правилното разстояние е по-важно.

Ефекти на термична интерференция върху надеждността на нагревателя
Лошото разстояние влияе не само върху ефективността на отоплението.

Висока температура на обвивката
Охлаждащият ефект на течността около повърхността на нагревателя намалява поради ограничения поток.

Последиците могат да включват:

Повишена температура на обвивката

Подобрено стареене на PTFE

Вътрешно напрежение на нагревателния проводник.

По-висок шанс за прегаряне

Неравномерно разпределение на температурата в резервоара
Образуване на интерфериращи струи:

Горещи точки във вашия район

Топлинна стратификация

Зони на бавно нагряване

Несъответствие на процеса

Такива температурни промени могат да влошат качеството на продукта или контрола на реакцията при прецизни химически операции.

Други опции за рязане
Вторичните системи за -контрол на потока понякога могат да намалят смущенията, когато физическото разстояние е ограничено от размера на резервоара.

Хоризонтални напречни пръти или прегради
Хоризонтална преграда или вертикален разделител между близките нагреватели може частично да изолира конвекционните струи.

Тези са полезни:

Байпас на входящия поток.

Намалете сблъсъците с струи

Стабилността на циркулацията се подобри

Но много зависи от ефективността:

Форма на резервоара

Свойства на течностите

Плътност на мощността на нагревателя

Местоположение на Baffle

Защо физическата раздяла все още е най-добра
Но докато преградите могат да подобрят условията на локализирания поток, физическото разстояние е най-надеждният и предвидим метод.

Свободният достъп до околните течности е оптималното условие за естествена конвекция за всеки нагревател.

Ефектът на ватовата плътност
Размерът на конвекционния поток също варира значително в зависимост от плътността на нагревателя във вата.

Нагреватели с висока-ват-плътност
По-интензивните нагреватели дават:

По-бърза скорост на потока

По-големи области на циркулация

Подобрено термично взаимодействие

Те често са разположени по-далеч един от друг.

Нагреватели с ниска-W-плътност
Консервативната плътност на вата води до:

По-слаба конвективна

По-малка ширина на струята

По-ниска чувствителност към смущения

Това е част от причината PTFE нагревателите с ниска -ват-плътност да се използват почти изключително в корозивни химически резервоари.

Препоръки за разположението на много{0}}нагревателните резервоари
За практична много{0}}конфигурация на нагревател трябва да се вземат предвид следните съображения:

Дължина на нагревателя (

Общо използване на мощност

Вискозитет на течността

Дълбочина на резервоара

Метод на възбуждане

Налице е обструкция

Температура на процеса

Симетричното позициониране обикновено осигурява най-стабилния модел на циркулация в резервоара.

Нагревателите също трябва да се държат далеч от:

Протекторите на резервоара

Всмукателни отвори

Райони с гъста кал

Вътрешни структурни скоби

Резюме
Една основна, но много важна характеристика на конструкцията на резервоара е правилното разстояние между няколко PTFE нагревателя. Ако нагревателите са твърде близо един до друг, естествените конвекционни струи на нагревателите си пречат, което води до застояли горещи зони с лоша циркулация и ниска ефективност на топлопредаване. Това термично смущение може да причини повишени температури на обвивката, повишено износване на нагревателя и неравномерно нагряване на резервоара.

Като цяло разстоянието-до-център от около 1,5 до 2 пъти дължината на нагряване позволява на всеки нагревател да работи независимо, като същевременно осигурява стабилен конвекционен поток и адекватно охлаждане по повърхността на обвивката. За по-дълбоки резервоари или по-вискозни течности допълнително разделяне може да е от съществено значение, за да се избегне смесването на струята в горната част на резервоара.

Преградите и водачите на потока понякога могат да помогнат за намаляване на ефектите на смущения, но физическото разделяне все още е най-добрият залог. При проектирането на термична система производителността обикновено се подобрява не чрез притискане на компонентите заедно, а чрез оставяне на всеки модул малко пространство за дишане.