Diametrul-Relația de transfer de căldură
Condensarea aburului în interiorul unui tub schimbător de căldură din PTFE formează o peliculă subțire de condens pe peretele interior. Filmul curge de-a lungul tubului sub influența gravitației și a tensiunii de forfecare din fluxul de abur. Grosimea acestui film determină coeficientul intern de transfer termic-cu cât filmul este mai gros, cu atât este mai mare rezistența termică dintre abur și peretele tubului.
Grosimea filmului depinde de debitul de condens, de diametrul tubului și de orientarea tubului. Pentru o anumită sarcină de condens, un tub cu diametru mai mic are o peliculă mai groasă (condensul ocupă o fracțiune mai mare a secțiunii transversale-) și un coeficient de transfer intern de căldură mai mic. Un tub cu diametru mai mare are o peliculă mai subțire și un coeficient mai mare.
Cu toate acestea, tuburile cu diametru mai mare au o viteză mai mică a aburului pentru același debit de masă, ceea ce reduce efortul de forfecare care ajută la deplasarea condensului. Efortul de forfecare mai mic poate duce la o peliculă mai groasă în apropierea ieșirii tubului, compensând parțial beneficiul diametrului. Diametrul optim al tubului echilibrează aceste efecte concurente.
Calculul grosimii filmului
Pentru fluxul de condensat laminar pe peretele interior al unui tub orizontal, grosimea filmului este: δ=(3 × μ × Γ / (ρ × (ρ - ρ_v) × g))^(1/3), unde μ este vâscozitatea condensului, Γ este debitul masic al condensului pe unitatea de lățime a tubului, ρ este condensul ρ de_v este condensul, ρ este condensul; densitate, iar g este gravitația.
Debitul de condens pe unitate de lățime este: Γ=m_cond / (π × D), unde m_cond este debitul masic de condens per tub și D este diametrul interior al tubului. Un diametru mai mare împrăștie același flux de condens pe un perimetru mai mare, reducând Γ și subțiind filmul.
Pentru un tub de 10 mm ID care transportă 1,5 kg/h condens, grosimea filmului la ieșirea tubului este de aproximativ 0,15 mm. Pentru un tub ID de 6 mm cu aceeași încărcătură de condens, grosimea filmului este cu aproximativ 0,22 mm-50% mai groasă. Coeficientul intern de transfer de căldură este proporțional cu 1/δ, astfel încât tubul mai mic are un coeficient intern cu aproximativ 30% mai mic.
| ID tub (mm) | Sarcina de condensat (kg/h) | Grosimea filmului la ieșire (mm) | H internă (W/m²·K) | Risc de trecere |
|---|---|---|---|---|
| 6 | 1.5 | 0.22 | 1,100 | Moderat (diametru mic) |
| 8 | 1.5 | 0.17 | 1,400 | Scăzut |
| 10 | 1.5 | 0.15 | 1,600 | Scăzut |
| 12 | 1.5 | 0.13 | 1,800 | Foarte Scăzut |
Valori pentru tub orizontal, film laminar, 3 barg abur saturat.
Riscul de eliminare a condensului
În tuburile orizontale, condensul curge de-a lungul fundului tubului. Dacă grosimea peliculei devine prea mare în raport cu diametrul tubului, condensul poate trece tubul-umple întreaga secțiune-la un moment dat. Acest lucru creează un melc de lichid care blochează fluxul de abur și provoacă ciocănirea de ari atunci când melcul este propulsat de presiunea aburului.
Riscul de apariție a punților crește pe măsură ce diametrul tubului scade și pe măsură ce sarcina de condens crește. Pentru tuburile de 6 mm ID, punerea în punte este o problemă la sarcini mari de condens (peste aproximativ 2 kg/h per tub). Pentru tuburile de 10 mm ID, formarea de punte este puțin probabilă la sarcinile tipice de condens pentru serviciul schimbătorului de căldură (0,5-3 kg/h per tub). ID-ul minim recomandat al tubului pentru tuburile orizontale încălzite cu abur este de 8 mm pentru a asigura o marjă adecvată împotriva punții.
Recomandarea de proiectare
Pentru majoritatea aplicațiilor de schimbător de căldură din PTFE, un tub ID de 8-10 mm (OD 10-12 mm cu perete de 1 mm) asigură un echilibru bun între transferul intern de căldură, drenajul condensului și rezistența la punte. Tuburile mai mici (6 mm ID) pot fi utilizate pentru încărcături reduse de condens sau orientare verticală în cazul în care gravitația ajută la drenaj și nu reprezintă o problemă. Tuburile mai mari (peste 12 mm ID) asigură un transfer intern de căldură mai bun, dar măresc costul tubului și reduc densitatea suprafeței.
Rezumat
Diametrul tubului afectează grosimea filmului de condens și coeficientul intern de transfer de căldură într-un schimbător de căldură PTFE. Diametrele mai mici produc pelicule mai groase și coeficienți interni mai mici și cresc riscul de apariție a podurilor condensului. Pentru tuburile orizontale se recomandă un diametru interior al tubului de 8-10 mm. Tuburile verticale pot folosi diametre mai mici, deoarece gravitația împiedică formarea de punte. Diametrul optim echilibrează transferul intern de căldură, fiabilitatea drenajului și densitatea suprafeței.
Suportul de inginerie pentru selectarea diametrului tubului PTFE este disponibil la transmiterea sarcinii de condens per tub, orientarea tubului, presiunea aburului și sarcina termică necesară.
