Permukaan licin berkaca-tiub PTFE terasa licin apabila disentuh, dan sensasi itu diterjemahkan terus ke dalam dinamik bendalir di dalam penukar haba. Apabila air atau larutan kimia mengalir di luar tiub ini, rintangan hidraulik adalah lebih rendah sedikit daripada pada tiub logam yang kasar atau teroksida. Walaupun perbezaan mungkin kelihatan halus pada pandangan pertama, kesan kumulatif boleh mengurangkan-kejatuhan tekanan sisi shell dan sedikit meningkatkan-kecekapan penukar jangka panjang.
Hubungan antarakelancaran tiub shell penurunan tekanan sampingan penukar PTFEprestasi berakar umbi dalam satu prinsip asas: permukaan yang lebih licin menjana kurang seretan geseran semasa aliran bendalir.
Mengapa Kekasaran Permukaan Penting dalam Aliran Penukar Haba
Dalam cangkerang-dan-penukar tiub, bendalir yang mengalir merentasi berkas tiub menghadapi rintangan daripada:
Geometri tiub
Susunan penyekat
Halaju aliran
Kelikatan cecair
Geseran permukaan di sepanjang dinding tiub
Sebahagian daripada jumlah penurunan tekanan datang daripada tenaga yang hilang apabila cecair yang mengalir bergesel pada permukaan tiub. Pada skala mikroskopik, permukaan kasar mencipta tonjolan dan celah yang mengganggu lapisan sempadan dan meningkatkan keamatan turbulensi berhampiran dinding.
Apabila kekasaran permukaan meningkat, kehilangan geseran juga meningkat.
PTFE berkelakuan berbeza kerana permukaannya sangat licin.
Sifat Ultra-Kelicinan Tiub PTFE
PTFE secara semula jadi tidak-melekat dan sangat digilap pada tahap mikroskopik. Nilai kekasaran tiub PTFE biasa selalunya di bawah:
Ra<0.5 μmR_a<0.5\ \mu mRa<0.5 μm
Tahap kekasaran ini jauh lebih licin daripada kebanyakan tiub logam industri, terutamanya selepas terdedah kepada kakisan, penskalaan atau pengoksidaan.
Permukaan yang digilap membolehkan bendalir tergelincir dengan kurang seretan, mengurangkan rintangan di dalam lapisan sempadan bergelora.
Walaupun aliran sisi shell-amat dipengaruhi oleh geometri berkas dan kesan aliran silang, keadaan permukaan tiub masih menyumbang dengan ketara kepada jumlah kehilangan hidraulik.
Faktor Geseran dan Carta Moody
Kesan kekasaran permukaan menjadi sangat penting dalam aliran bergelora.
Carta faktor geseran Moody yang terkenal-menunjukkan bahawa faktor geseran berbeza dengan kedua-duanya:
nombor Reynolds
Kekasaran relatif
Di kawasan bergelora, permukaan yang lebih kasar menonjol melalui sublapisan likat dan menghasilkan pergolakan tambahan berhampiran dinding. Ini meningkatkan pelesapan tenaga dan meningkatkan penurunan tekanan.
Permukaan licin berkelakuan berbeza.
Apabila kekasaran relatif menghampiri sifar, faktor geseran bergerak ke arah sempadan bawah lengkung tiub-licin pada carta Moody.
Tiub PTFE beroperasi sangat hampir dengan-keadaan permukaan licin ini.
Cara PTFE Mengurangkan Cangkang-Penurunan Tekanan Sisi
Dalam shell-dan-tube exchanger, shell-aliran sisi melepasi berkas besar tiub yang padat rapat. Jumlah penurunan tekanan bergantung pada interaksi pecutan, nyahpecutan dan geseran berulang semasa bendalir menavigasi berkas.
Oleh kerana permukaan PTFE mempamerkan kekasaran yang sangat rendah, kehilangan geseran di sepanjang dinding tiub dikurangkan sedikit berbanding dengan tiub logam setara dengan kemasan permukaan industri biasa.
Kesan yang terhasil biasanya sederhana dan bukannya dramatik.
Di bawah keadaan aliran bergelora, pengurangan boleh diterjemahkan kepada:
Penurunan tekanan sisi beberapa peratus cangkang lebih rendah-.
Kecekapan hidraulik dipertingkatkan sedikit
Mengurangkan tenaga mengepam dalam tempoh operasi yang panjang
Penambahbaikan bergantung kepada beberapa pembolehubah:
Rejim aliran
Kelikatan cecair
Padang tiub
Ikatan geometri
Kekasaran relatif bahan perbandingan
Walaupun kesannya mungkin tidak menguasai reka bentuk penukar, ia kekal sebagai kelebihan hidraulik yang konsisten.
Mengapa Kesannya Lebih Ketara dalam Aliran Bergelora
Dalam aliran laminar, daya likat mendominasi dan kekasaran permukaan memainkan peranan yang lebih kecil kerana lapisan bendalir kekal teratur.
Walau bagaimanapun, dalam aliran bergelora, unsur kekasaran berinteraksi secara langsung dengan pusaran dan turun naik lapisan sempadan.
Interaksi ini meningkatkan tegasan ricih dinding.
Memandangkan penukar sisi shell industri-biasanya beroperasi dalam keadaan bergelora untuk memaksimumkan pemindahan haba, kelebihan kelancaran PTFE menjadi lebih bermakna dalam perkhidmatan praktikal.
Halaju aliran yang lebih tinggi secara amnya menguatkan kepentingan kesan kekasaran relatif.
Kelebihan Pengepam yang Kecil tetapi Berguna
Penambahbaikan hidraulik daripada kelancaran PTFE biasanya bertambah daripada transformatif, namun ia masih menawarkan nilai praktikal.
Kejatuhan tekanan sisi bahagian bawah-boleh membenarkan:
Saiz pam yang lebih kecil sedikit
Penggunaan tenaga pam dikurangkan
Aliran boleh dicapai yang lebih tinggi dalam lengkung pam yang sama
Fleksibiliti operasi yang lebih baik
Dalam kemudahan proses-berterusan yang besar, walaupun pengurangan tekanan kecil mungkin terkumpul menjadi penjimatan tenaga-jangka panjang yang boleh diukur.
Kelebihan ini menjadi sangat menarik apabila digabungkan dengan kekuatan utama PTFE:
Rintangan kakisan
Kelalaian kimia
Rintangan fouling
Oleh itu, manfaat hidraulik bertindak sebagai bonus prestasi tambahan dan bukannya kriteria pemilihan utama.
Mengurangkan Kecenderungan Fouling pada Permukaan PTFE Licin
Tekstur permukaan mikroskopik juga mempengaruhi tingkah laku fouling.
Permukaan kasar mengandungi lembah dan celah tempat zarah, filem biologi atau pepejal termendak boleh berlabuh dengan lebih mudah. Apabila deposit awal terbentuk, fouling tambahan cenderung terkumpul secara progresif.
Permukaan licin PTFE mengurangkan titik lampiran ini.
Akibatnya:
Deposit mematuhi kurang agresif
Pembersihan menjadi lebih mudah
Lapisan fouling mungkin berkembang lebih perlahan
Ciri ini amat berharga dalam perkhidmatan kimia, rawatan air sisa, dan aliran proses yang mengandungi pepejal terampai atau sebatian penskala.
Walaupun kekotoran tidak dapat dihapuskan sepenuhnya, permukaan yang lebih licin mengurangkan kemungkinan mendapan berakar jauh ke dalam permukaan bahan.
Kekasaran Permukaan Berbanding dengan Logam Industri
Keluli tahan karat yang baru digilap boleh mencapai kemasan yang agak licin, tetapi keadaan operasi industri sering mengubah permukaan logam dari semasa ke semasa melalui:
kakisan
Pengoksidaan
Penskalaan
Serangan kimia
Hakisan
PTFE mengekalkan-ciri permukaan geserannya yang rendah dengan lebih konsisten kerana ia tidak teroksida atau terhakis dalam pengertian logam konvensional.
Kestabilan permukaan jangka panjang-ini membantu mengekalkan prestasi hidraulik sepanjang hayat perkhidmatan penukar.
Mengimbangi Prestasi Hidraulik dan Terma
Walaupun PTFE memberikan kelebihan kelancaran hidraulik, pemilihan penukar masih perlu mengambil kira had kekonduksian terma.
Berbanding dengan logam, PTFE mempunyai kekonduksian haba yang agak rendah. Akibatnya, penukar PTFE biasanya dipilih terutamanya untuk rintangan kakisan dan bukannya kecekapan pemindahan haba maksimum.
Walau bagaimanapun, faktor geseran sisi kulit bawah-sebahagiannya mengimbangi beberapa penalti operasi dengan mengurangkan sedikit permintaan pengepaman.
Dalam aplikasi menghakis di mana PTFE sudah diperlukan untuk keserasian kimia, tingkah laku hidraulik yang lebih lancar menjadi faedah operasi tambahan.
Kesimpulan
Permukaan tiub PTFE yang licin memberikan kelebihan hidraulik yang kecil tetapi konsisten dalam penukar haba shell-dan-tube. Dengan beroperasi berhampiran had permukaan licin-perhubungan faktor geseran Moody, tiub PTFE menjana rintangan geseran yang lebih rendah sedikit semasa aliran sisi shell bergelora-berbanding dengan alternatif logam yang lebih kasar.
Pengurangan yang terhasil dalamkelancaran tiub shell penurunan tekanan sampingan penukar PTFEoperasi boleh membenarkan kos pengepaman yang lebih rendah sedikit, keupayaan aliran yang lebih baik, dan mengurangkan kecenderungan mengotori sepanjang hayat penukar.
Walaupun rintangan kakisan kekal sebagai sebab utama PTFE dipilih, licin semula jadi bahan secara senyap menyumbang kepada tingkah laku hidraulik yang lebih baik juga.
Dalam reka bentuk sistem terma, sifat bahan mempengaruhi bukan sahaja rintangan kakisan, tetapi juga cara bendalir bergerak melalui peralatan itu sendiri.
