Keputusan Susunan Baris
Himpunan penukar haba PTFE terdiri daripada berbilang baris tiub. Susunan baris ini-sama ada tiub dalam satu baris berada betul-betul di belakang baris sebelumnya (sebaris) atau diimbangi dengan jarak separuh tiub (berperingkat)-menjejaskan kedua-dua pemindahan haba dan penurunan tekanan.
Barisan berperingkat meningkatkan pergolakan. Bendalir yang mengalir melalui berkas bertemu tiub terus di laluannya dan bukannya melalui celah sejajar. Pergolakan ini meningkatkan pekali pemindahan haba sisi-cangkang. Tetapi ia juga meningkatkan penurunan tekanan merentasi berkas. Tenaga mengepam meningkat.
Baris sebaris membenarkan bendalir melalui saluran sejajar dengan kurang gangguan. Pemindahan haba adalah lebih rendah, tetapi begitu juga penurunan tekanan. Corak optimum bergantung pada sama ada proses mendapat lebih banyak faedah daripada pemindahan haba yang dipertingkatkan atau daripada kos pengepaman yang dikurangkan.
Untuk penukar haba PTFE, kekonduksian terma rendah dinding tiub menjadikan peningkatan pemindahan haba luaran amat berharga. Rintangan dinding tiub sudah tinggi; sebarang peningkatan dalam pekali luaran secara langsung meningkatkan nilai U-seluruh.
Perbezaan Pemindahan Haba
Dalam aliran silang atas berkas tiub, nombor Nusselt-pekali pemindahan haba tak berdimensi-bergantung pada nombor Reynolds, nombor Prandtl dan susunan tiub. Untuk nombor Reynolds tertentu, susunan berperingkat menghasilkan nombor Nusselt 15-25% lebih tinggi daripada susunan sebaris.
Mekanismenya ialah penumpahan pusaran. Dalam susunan berperingkat, setiap tiub mengeluarkan vorteks yang melanda tiub hiliran, mengganggu lapisan sempadan dan meningkatkan percampuran. Dalam susunan sebaris, tiub hiliran duduk di belakang tiub hulu. Cecair bangun adalah lebih perlahan dan telah dipanaskan, mengurangkan perbezaan suhu yang berkesan.
Kelebihan pemindahan haba bagi susunan berperingkat adalah paling ketara pada nombor Reynolds sederhana (500-5,000), yang merupakan julat tipikal untuk aliran sisi shell dalam penukar haba PTFE yang menyediakan mandian penyaduran dan penjerukan.
Jadual 1: Perbandingan Prestasi Corak Tiub Sebaris lwn. Berperingkat (Tiub PTFE OD 10mm, Jarak Tengah 25mm)
| Parameter | Corak Sebaris (Petak). | Corak Berperingkat (Segi Tiga). | Perbezaan |
|---|---|---|---|
| Nombor Nusselt Relatif (Re=2,000) | 1.0 (garis dasar) | 1.18 | +18% |
| Pekali pemindahan haba relatif | 1.0 | 1.15-1.25 | +15-25% |
| Faktor geseran (setiap baris tiub) | 1.0 (garis dasar) | 1.35 | +35% |
| Penurunan tekanan relatif (aliran yang sama) | 1.0 | 1.30-1.40 | +30-40% |
| Tiub per unit isipadu | 1.0 (garis dasar) | 1.15 (pembungkusan lebih padat) | +15% lagi tiub |
| Peningkatan nilai U-keseluruhan (dengan dinding PTFE) | 1.0 | 1.12-1.18 | +12-18% |
| Kuasa pam meningkat | 1.0 | 1.30-1.40 | +30-40% |
| Permohonan yang disyorkan | Rintangan aliran rendah kritikal | Pemindahan haba kritikal | Kebanyakan aplikasi PTFE lebih suka berperingkat |
Nisbah Pitch-kepada-Diameter
Jarak-ke-tengah tiub berbanding diameternya-pic-ke-nisbah diameter-mempengaruhi kedua-dua corak. Jarak yang lebih rapat meningkatkan pergolakan dan pemindahan haba tetapi juga meningkatkan penurunan tekanan dan mengurangkan akses untuk pembersihan.
Untuk tiub PTFE dalam susunan berperingkat, nisbah pic-ke-diameter 2.0-2.5 memberikan keseimbangan terbaik bagi peningkatan pemindahan haba dan penurunan tekanan yang munasabah. Nisbah di bawah 1.8 mencipta pembungkusan yang ketat sehingga aliran sisi cangkerang dihadkan secara berlebihan. Nisbah di atas 3.0 kehilangan faedah pergolakan corak berperingkat.
Untuk susunan sebaris, nisbah pic-ke-diameter 2.0 adalah standard. Saluran aliran sejajar kurang sensitif terhadap jarak berbanding corak berperingkat.
PTFE-Pertimbangan Khusus
Tiub PTFE adalah fleksibel. Dalam susunan berperingkat, tiub mesti mengekalkan jarak tepatnya untuk mencapai peningkatan pemindahan haba yang diramalkan. Jika tiub mengendur atau beralih, corak stagger merosot, dan pemindahan haba jatuh ke arah nilai sebaris.
Plat sokongan pada selang waktu tidak melebihi had jarak sokongan tiub adalah penting untuk mengekalkan susunan yang dimaksudkan. Lubang plat sokongan mesti digerudi mengikut corak berperingkat dan mengekalkan kedudukan tiub sepanjang hayat perkhidmatan.
Ringkasan
Corak baris tiub berperingkat dalam berkas penukar haba PTFE meningkatkan pekali pemindahan haba sebanyak 15-25% berbanding dengan corak sebaris, dengan kos penurunan tekanan sisi shell 30-40% lebih tinggi. Bagi kebanyakan aplikasi PTFE, di mana rintangan dinding tiub adalah ketara, keuntungan pemindahan haba membenarkan penalti penurunan tekanan.
Nisbah pic-ke-diameter 2.0-2.5 dalam susunan berperingkat mengoptimumkan keseimbangan. Jarak plat sokongan yang mencukupi mengekalkan corak stagger sepanjang hayat peralatan.
Pengesyoran kejuruteraan untuk pengoptimuman susunan berkas tiub PTFE tersedia selepas penyerahan-kadar aliran sisi, penurunan tekanan yang dibenarkan, sifat bendalir dan keperluan pemindahan haba.
