Фундаментальний компроміс-у конфігурації теплообмінника
Однопрохідний-теплообмінник має просту конструкцію та його легко чистити, але його теплові характеристики можуть обмежуватись, коли потрібен підхід до низької температури. Якщо холодна рідина повинна виходити з температурою, що наближається до температури входу гарячої рідини, для одного проходу може знадобитися непрактично велика площа теплопередачі. Збільшення кількості проходів труб є стандартною стратегією проектування, щоб наблизитися до бажаних теплових характеристик.
Ось детрубка проходить через теплообмінник з PTFEміркування дизайну стають центральними для оптимізації системи.
Як конфігурація проходу трубки впливає на теплообмін
У багатопрохідній конфігурації рідина-з боку труби направляється через серію реверсів потоку за допомогою розділених колекторів. Замість того, щоб рухатися прямо через один раз, рідина рухається вперед і назад через різні секції пучка труб.
Таке розташування ефективно збільшує взаємодію проти-струмів між рідинами зі сторони-трубки та-з боку оболонки. Як результат, рушійна сила температури краще підтримується вздовж довжини теплообмінника, покращуючи загальну теплову ефективність.
Покращена поведінка проти{0}}струму збільшує ефективний потенціал теплопередачі, дозволяючи ближче підходити до температури без пропорційного збільшення розміру теплообмінника.
Теплова ефективність проти гідравлічного штрафу
Коли кількість проходів трубки збільшується, поведінка теплообмінника більше нагадує справжню роботу проти-потоку. Це покращує можливість досягнення більш жорсткого перетину температур, коли температури на виході наближаються до температур на вході протилежного потоку.
Однак це термічне покращення супроводжується гідравлічними наслідками. Кожен додатковий пропуск вводить:
Підвищене падіння тиску через тертя через реверсування потоку
Вищий опір у зворотних колекторах
Більш складні вимоги до розподілу потоку
Тому насос повинен забезпечувати більшу витрату енергії, щоб підтримувати ту саму швидкість потоку.
На практиці встановлюється баланс між тепловим посиленням і витратами на перекачування. 2-ходовий теплообмінник часто вважається найкращою конфігурацією для підходів до помірних температур, тоді як 4-ходові конструкції вибираються для жорсткіших теплових вимог.
PTFE-Конкретні міркування щодо конструкції
Для корпусних-і-трубчастих теплообмінників із ПТФЕ гнучкість матеріалу та обмеження виготовлення впливають на вибір проходження. Часто уникають довгих безперервних труб через обмеження щодо поводження та міркування щодо механічної напруги.
Багато{0}}конструкції дозволяють скоротити ефективну довжину трубок, водночас досягаючи високих теплових характеристик. Однак конструкція колектора стає дедалі складнішою, оскільки кількість проходів збільшується, що вимагає точного ущільнення та розподілу потоку, щоб запобігти неправильному розподілу.
Сторона оболонки зазвичай підтримується однопрохідною-для збереження низького перепаду тиску та спрощення механічної конструкції.
Вплив на перехресну поведінку температури
Збільшення кількості проходів труб покращує здатність теплообмінника наближатися або частково досягати перехресних температурних умов, коли температура на виході одного потоку перевищує температуру на вході протилежного потоку (у проти-референтних умовах струму).
Хоча коригувальний коефіцієнт LMTD може зменшуватися з більшою кількістю проходів через відхилення від ідеального зустрічного-потоку, загальна ефективна рушійна сила покращується завдяки кращому тепловому розподілу.
Це призводить до більш високого використання наявного градієнта температури в теплообміннику.
Висновок
Кількість проходів трубки служить основним параметром теплової настройки в конструкції теплообмінника з ПТФЕ. Збільшення кількості проходів покращує здатність перехресного перепаду температур і термічну ефективність шляхом наближення потоку проти-струму, але створює більший перепад тиску та більшу складність колектора.
Кожне регулювання є компромісом-між ефективністю теплопередачі та гідравлічними витратами. Жодна зміна конфігурації не залишається без наслідків.
У практиці теплового проектування вибір проходу труби є одним із ключових важелів, які використовуються для досягнення жорсткого контролю температури, гарантуючи, що механічні та насосні обмеження залишаються в прийнятних межах.
