Beslutningen om rækkearrangement
Et PTFE varmevekslerbundt består af flere rækker af rør. Arrangementet af disse rækker-uanset om rørene i én række er direkte bag dem i den foregående række (inline) eller forskudt med en halv rørafstand (forskudt)-påvirker både varmeoverførsel og tryktab.
Forskudte rækker øger turbulensen. Væsken, der strømmer gennem bundtet, støder på rør direkte i dets bane i stedet for at passere gennem afpassede mellemrum. Denne turbulens øger skal-sidens varmeoverførselskoefficient. Men det øger også trykfaldet over bundtet. Pumpeenergien stiger.
Inline rækker tillader væske at passere gennem justerede kanaler med mindre forstyrrelse. Varmeoverførslen er lavere, men det samme er trykfaldet. Det optimale mønster afhænger af, om processen har større gavn af forbedret varmeoverførsel eller af reducerede pumpeomkostninger.
For PTFE varmevekslere gør den lave varmeledningsevne af rørvæggen ekstern varmeoverførsel ekstra værdifuld. Rørvæggens modstand er allerede høj; enhver forbedring i ekstern koefficient forbedrer direkte den samlede U-værdi.
Varmeoverførselsforskellen
I krydsflow over rørbundter afhænger Nusselt-tallet-den dimensionsløse varmeoverførselskoefficient- af Reynolds-nummer, Prandtl-nummer og rørarrangement. For et givet Reynolds-nummer giver forskudte arrangementer 15-25 % højere Nusselt-tal end inline-arrangementer.
Mekanismen er hvirvelafgivelse. I et forskudt arrangement afgiver hvert rør hvirvler, der rammer nedstrømsrørene, forstyrrer grænselaget og forbedrer blandingen. I et inline-arrangement sidder nedstrømsrør i kølvandet på opstrømsrør. Wake-væsken er langsommere og er allerede blevet opvarmet, hvilket reducerer den effektive temperaturforskel.
Varmeoverførselsfordelen ved forskudt arrangement er mest udtalt ved moderate Reynolds-tal (500-5.000), som er det typiske område for strømning på skalsiden i PTFE-varmevekslere, der betjener pletterings- og bejdsebade.
Tabel 1: Ydeevnesammenligning af inline vs. forskudte rørmønstre (10 mm OD PTFE-rør, 25 mm centerafstand)
| Parameter | Inline (firkantet) mønster | Forskudt (trekantet) mønster | Forskel |
|---|---|---|---|
| Relativt Nusselt-tal (Re=2.000) | 1.0 (basislinje) | 1.18 | +18% |
| Relativ varmeoverførselskoefficient | 1.0 | 1.15-1.25 | +15-25% |
| Friktionsfaktor (pr. rørrække) | 1.0 (basislinje) | 1.35 | +35% |
| Relativt trykfald (samme flow) | 1.0 | 1.30-1.40 | +30-40% |
| Rør pr volumenhed | 1.0 (basislinje) | 1,15 (tættere pakning) | +15% flere rør |
| Samlet forbedring af U-værdi (med PTFE-væg) | 1.0 | 1.12-1.18 | +12-18% |
| Forøgelse af pumpeeffekt | 1.0 | 1.30-1.40 | +30-40% |
| Anbefalet anvendelse | Lav strømningsmodstand kritisk | Varmeoverførsel kritisk | De fleste PTFE-applikationer favoriserer forskudt |
Pitch-til-diameterforholdet
Rørenes centrum-til-centerafstand i forhold til deres diameter-afstanden-til-diameterforholdet-påvirker begge mønstre. Tættere afstand øger turbulens og varmeoverførsel, men øger også trykfaldet og reducerer adgangen til rengøring.
For PTFE-rør i forskudt opstilling giver et pitch-til-diameterforhold på 2,0-2,5 den bedste balance mellem varmeoverførselsforbedring og rimeligt trykfald. Forhold under 1,8 skaber en så tæt pakning, at flowet på skalsiden er overdrevent begrænset. Forhold over 3,0 mister turbulensfordelen ved det forskudte mønster.
For inline-arrangementer er et pitch-til-diameterforhold på 2,0 standard. De justerede strømningskanaler er mindre følsomme over for mellemrum end det forskudte mønster.
Den PTFE-specifikke overvejelse
PTFE-rør er fleksible. I forskudte arrangementer skal rørene bevare deres præcise afstand for at opnå den forudsagte varmeoverførselsforøgelse. Hvis rørene synker eller skifter, forringes forskydningsmønsteret, og varmeoverførslen falder mod den inline-værdi.
Støtteplader med intervaller, der ikke overstiger grænserne for rørstøtteafstanden, er afgørende for at opretholde det tilsigtede arrangement. Støttepladehullerne skal bores til det forskudte mønster og bibeholde rørets position gennem hele levetiden.
Oversigt
Forskudte rørrækkemønstre i PTFE-varmevekslerbundter øger varmeoverførselskoefficienten med 15-25 % sammenlignet med inline-mønstre på bekostning af 30-40 % højere trykfald på skalsiden. For de fleste PTFE-applikationer, hvor modstanden i rørvæggen er betydelig, retfærdiggør varmeoverførselsforstærkningen trykfaldsstraffen.
Et pitch-til-diameterforhold på 2,0-2,5 i forskudt arrangement optimerer balancen. Tilstrækkelig afstand mellem støttepladerne opretholder forskydningsmønsteret gennem hele udstyrets levetid.
Tekniske anbefalinger til optimering af PTFE-rørbundter er tilgængelige ved indsendelse af skal-sidestrømningshastighed, tilladt trykfald, væskeegenskaber og varmeoverførselskrav.
