Care este avantajul utilizării unui design cu mai multe treceri-pentru un schimbător de PTFE cu o abordare strânsă a temperaturii?

Una dintre cele mai dificile lucrări termice este abordarea temperaturii strânse, în care ieșirea rece trebuie să fie aproape la fel de fierbinte ca admisia caldă. Un schimbător de PTFE cu o singură trecere ar trebui să aibă o zonă mare de transfer de căldură din cauza vitezei scăzute și a corecției LMTD proaste. Împărțirea debitului în mai multe treceri are ca rezultat o modificare fundamentală a echilibrului hidraulic și termic.

Provocare termică pentru aplicațiile de proximitate-Abordare
Într-o lucrare de schimbător PTFE cu treceri multiple de abordare la temperatură, factorul limitator nu este doar sarcina termică, ci și diferența mică de temperatură disponibilă pentru a promova transferul de căldură. Pe măsură ce temperatura de apropiere scade, cantitatea de suprafață de transfer de căldură necesară crește rapid.

În cazul unei configurații cu o singură trecere-, viteza pe partea tubului este adesea mai lentă, deoarece fluxul este împărțit între toate tuburile disponibile simultan. Acest lucru are ca rezultat un număr Reynolds mai mic, o turbulență mai slabă și un coeficient de transfer de căldură mai mic. În același timp, factorul de ajustare LMTD poate fi mai puțin favorabil din cauza comportamentului scăzut al temperaturii încrucișate în configurațiile lungi, cu o singură trecere.

Rezultatul net este o amprentă mare a schimbătorului care devine prohibitivă pentru multe instalări.

Design cu mai multe treceri-pentru o performanță termică îmbunătățită
Viteză mai mare pe partea tubului
Într-un aranjament cu mai multe-pasi , numărul total de tuburi disponibile pentru fiecare trecere este redus . În consecință, același debit este condus printr-o regiune mai mică de curgere în fiecare trecere.

Aceasta crește viteza laterală a tubului, ceea ce crește imediat numărul Reynolds. Se obține o îmbunătățire mare a transferului de căldură convectiv deoarece coeficienții de transfer de căldură ai fluxului intern sunt puternic dependenți de numărul Reynolds.

Practic, intensitatea turbulenței este crescută, grosimea stratului limită este redusă și rezistența la căldură pe partea tubului este redusă.

Utilizare mai bună a transferului de căldură eficient
Există o penalizare în ceea ce privește reducerea factorului de corecție LMTD cu un sistem cu mai multe-pasi. Cu toate acestea, în condiții de apropiere strânsă, această penalizare este în general compensată. Acest lucru se datorează faptului că coeficientul de transfer de căldură domină atunci când schimbările de temperatură sunt minime.

Pe măsură ce viteza crește, îmbunătățirea performanței transferului de căldură depășește de obicei pierderea datorată corecției LMTD. Acest lucru are ca rezultat o îmbunătățire generală a eficacității schimbătorului și obținerea aceleiași sarcini termice la o suprafață redusă.

Această configurație de abordare a temperaturii strânse a schimbătorului PTFE cu mai multe treceri permite situații de temperatură mai strânsă, fără murdărirea gravă a echipamentului.

Considerații mecanice și compromisuri{0}}
Designurile cu mai multe-pase introduc complexitatea hidraulică și mecanică. Căderea de presiune pe partea tubului crește odată cu numărul de modificări ale direcției de curgere și cu lungimea efectivă a căii de curgere. Distribuția pe partea carcasei trebuie, de asemenea, să poată face față unor aranjamente de admisie și de evacuare din ce în ce mai complexe.

Acest lucru crește importanța designului antetului, deoarece fluxul trebuie să fie distribuit în mod egal între treceri pentru a evita distribuția defectuoasă și performanța insuficientă localizată.

De asemenea, trebuie luați în considerare factorii de stres termic. Trecerile multiple produc diferențe de temperatură pe lungimea tubului care pot produce diferențe de dilatare. În realitate, PTFE este destul de flexibil și poate suporta multă expansiune termică, prin urmare, stresul mecanic este mult mai puțin îngrijorător decât în ​​cazul schimbătoarelor metalice.

Designul colectorului trebuie să fie adecvat pentru ca dezvoltarea termică și mișcarea să aibă loc fără a restricționa integritatea tubului.

Cadrul de proiectare și standarde
Configurațiile cu mai multe-passări sunt stabilite pe scară largă în standardele de proiectare a schimbătoarelor de căldură, cum ar fi TEMA, unde factorii de corecție ai LMTD sunt dați în funcție de aranjamentul trecerii și configurația debitului. Acești parametri sunt importanți pentru predicția corectă a performanței termice în geometriile de curgere ne-ideale .

Validarea proiectării implică adesea calcule termice și hidraulice iterative pentru a îndeplini simultan cerințele de cădere de presiune și transfer de căldură.

Echilibru de proiectare sub constrângeri de operare
Obiectivul principal de proiectare este obținerea unei căderi de presiune acceptabile și a complexității mecanice, menținând în același timp performanța îmbunătățită a transferului de căldură. Alegerea este adesea configurația în 2 sau 4 treceri, ca echilibru între îmbunătățirea vitezei și simplitatea sistemului.

Acest lucru este compensat de coeficientul îmbunătățit de transfer de căldură și de cerința de suprafață mai mică, în ciuda creșterii căderii de presiune, mai ales în sistemele strânse cuplate sau sistemele cu spațiu limitat.

În concluzie
Pentru schimbătoarele de căldură din PTFE, topologiile cu mai multe-passări sunt o soluție eficientă și utilizată în mod obișnuit atunci când sarcina termică necesită o abordare strânsă a temperaturii.

Acest lucru forțează fluidul să ia o cale mai lungă și mai reglată, permițând schimbătorului să funcționeze mai eficient într-o amprentă mai mică. Acest lucru face ca proiectarea cu mai multe-pasi să fie o metodă vitală pentru asigurarea-de schimb termic de înaltă performanță în condiții de limitări stricte de temperatură.