Milyen hatással van a belső cső eltömődése a csőre{0}}a PTFE hőcserélő oldalsó konvektív hőátadási tényezője?

Amikor egy vékony vízkőréteg először kezd kialakulni egy sima PTFE cső belsejében, a hőátbocsátási tényező kissé paradox módon viselkedhet. Nagyon rövid ideig a hőteljesítmény akár kis mértékben is növekedhet. A kezdeti szennyeződési réteg enyhén érdes, és tönkreteszi a normál esetben sima határréteget a cső fala mentén, további turbulenciát okozva és fokozza a folyadék keveredését. Ez a rövid haszon azonban rövid életű. A lerakódás vastagságának növekedésével a szennyezőréteg szigetelő hatása dominál a turbulenciából származó előnyök felett, és a hőcserélő hőátadási teljesítménye folyamatosan csökkenni kezd.

A cső eltömődési hatásának konvektív együtthatója és a PTFE hőcserélő teljesítménye közötti kapcsolat ezért nem egyszerű lineáris degradáció. A szennyeződés idővel kialakul, kezdetben érdességfokozóként, végül pedig domináns hőgátként.

Mi történik egy Teflon® cső belsejében?
A PTFE hőcserélő hőteljesítményét egy sor ellenállás határozza meg az alábbiak szerint.

A hőnek át kell mennie:

A cső-oldali folyadék határrétege

Bármilyen szennyeződés lerakódott

PTFE csőfal

A folyadék határréteg a héj oldalán

A hőcserélő teljes hőátbocsátási tényezője a teljes hőellenálláson alapul, amelyet általában U{0}}értéknek neveznek.

A növekvő elszennyeződéssel egy extra ellenállási tag kerül be a rendszerbe.

Ez az ellenállás kezdetben nagyon csekély lehet. De a felületi érdesség hatása röviden jelentős lehet.

Miért javíthatja a hőátadást egy kis szennyeződés?
Maga a PTFE cső meglehetősen sima. Az alacsony felületi érdesség minimalizálja a nyomásesést és a lerakódás tapadását, ugyanakkor a sima felületek bizonyos áramlási körülmények között meglehetősen stabil lamináris határréteget is képesek fenntartani.

A belső felület szerkezete megváltozik, ha nagyon vékony szennyeződési réteg képződik.

Mikroszkopikus egyenetlenségek kezdenek megjelenni a folyadékáramban, és kis zavarokat okoznak a fal közelében. Ezek a zavarok magukban foglalják

Adjon hozzá helyi zavart

Bontsa fel a termikus határréteget

Fokozott radiális folyadékkeverés

Javítja a hőátadást a fal és a folyadék között

A szennyeződés átmenetileg becsapja az érzékelőket, mivel a hőcserélő átmeneti fennsíkot vagy akár a látszólagos hőteljesítmény kismértékű növekedését is jelezheti.

Ez a hatás akkor a leglátványosabb, ha:

Az áramlás eleinte lamináris

Reynolds-számok közel az átmenethez

A PTFE eredeti felülete nagyon sima.

A szennyeződés vastagsága még mindig nagyon vékony

Ez a korai stádiumú érdességhatás gyakran kevésbé kifejezett durva fémcsöveken, mivel az alapfelületi textúra már turbulens.

Az érdesség hatása a konvektív hőátadásra
A felületi érdesség hőátadásra gyakorolt ​​hatása közvetlenül kapcsolódik a folyadék súrlódásának viselkedéséhez.

A turbulens áramlás elemzése során az érdesség befolyásolja:

A súrlódási együttható

A határréteg stabilitása

Lendület átadása.

A hőátadás fokozása

Ugyanazok a tényezők, amelyek fokozzák a súrlódásos keveredést, befolyásolják a konvektív hőátadást is.

Ez az összefüggés a klasszikus transzportelméletben a súrlódási tényező és a hőátadási tényező közötti hasonlóságokban tükröződik.

Ezért egy kicsit érdesített felület növelheti a cső{0}}oldali konvektív hőátadási tényezőt bizonyos működési helyzetekben.

Ez a pozitív hatás azonban csak átmeneti, mivel a szennyezőréteg elektromos ellenállása idővel folyamatosan nő.

Amikor a szennyeződés tombol
A sűrűsödő szennyeződés lerakódás szigetelő tulajdonságai egyre kritikusabbak.

Általában maga a lerakódás alacsony hővezető képességgel rendelkezik a folyadékhoz és a hőcserélő anyagokhoz képest. Tehát a hőnek még egy szigetelőrétegen kell áthaladnia, mielőtt hozzáférhet az ömlesztett folyadékhoz.

Végül a turbulencia előnyeit beárnyékolja az extra vastagság hőbüntetése.

Az eredmények a következők:

Csökkentett teljes U-érték

Alacsonyabb hőátadási sebesség

Nagyobb hőmérséklet megközelítés

A hőreakció lassabb

Nagyobb folyamatinstabilitás

A hőcserélő ezen a ponton belép az ipari rendszerekben megfigyelt, jól ismert, hosszú távú szennyeződésromlási trendbe.

A szennyeződésekkel szembeni ellenállás mint átmeneti folyamat
A szennyeződés felhalmozódása ritkán megy végbe egyenletes ütemben.

Sok rendszerben a szennyeződési ellenállás aszimptotikus görbét követ:

Gyors kezdeti{0}}felépítés

Lassabb{0}}felhalmozódás hosszú távon

végül stabilizálódik az egyensúly felé

Ezek a korai változások gyakran a felületi érdesség és az áramlási zavar legnagyobb relatív változásai.

Ezután a lerakódás megvastagodik és sűrűsödik, és a további növekedést nyíróerők és részleges leválási mechanizmusok gátolják.

A szennyeződési ellenállásnak ez az aszimptotikus viselkedése magyarázatot adhat arra, hogy a hőcserélő eleinte stabilnak tűnhet, de hosszú üzemidő alatt fokozatosan veszít hőhatékonyságából.

Miért viselkednek szokatlanul a PTFE hőcserélők szennyeződése?
A PTFE hőcserélőknek van néhány olyan tulajdonsága, amely a fémrendszerekhez képest eltérő módon befolyásolja az eltömődés dinamikáját.

A kezdeti felület szélsőségesen sima
Számos fémes hőcserélő anyaggal összehasonlítva a szűz PTFE felületek nagyon simaak.

Ez az alacsony alapvonali érdesség meglehetősen jelentős eltolódást eredményez a hatékony felületi textúrában a kis mennyiségű skála mellett.

Ez nyilvánvalóbbá teszi a korai-stádiumú érdességnövelő hatást.

Alacsony felületi energiák
A PTFE tapadásmentes tulajdonságai ellenállnak a lerakódások erős tapadásának.

Egyes szennyeződési rétegek így puhábbak vagy mechanikailag kevésbé stabilak, mint a fémcsöveken kialakuló lerakódások.

Csökkentett hővezetőképesség
A PTFE már jobb falellenállással rendelkezik, mint a fémek, például a rozsdamentes acél vagy a titán.

Így a teljes hőellenállási hálózatban viszonylag fontosabb a további szennyeződési ellenállás.

A teljesítménycsökkenés különösen akkor lehet nyilvánvaló, ha a szennyeződés nagyon vastag.

Az U-érték hosszú távú csökkenő trendje
A rövid távú érdességi hatás pozitív, míg a hosszú távú szennyeződési teljesítmény mindig negatív irányba mutat.

még mindig befutó betétekkel:

A cső átmérőjének csökkentése

Változások az áramlás eloszlásában

nyomáscsökkenés nőtt

Növekszik a hőellenállás.

A hőcserélő hatásfoka csökken

A szennyeződés magasabb szakaszaiban a folyamat szabályozása problémás lehet, mivel a hőátadás sebessége már nem elegendő a művelethez.

Ekkor a hőcserélőnek szüksége lehet:

Kémiai tisztítás

Mechanikus tisztítás

Csövek cseréje

Az áramlások optimalizálása

A folyamatkémia hangolása

Beavatkozás nélkül a krónikus szennyeződés végül visszafordíthatatlan teljesítménycsökkenést eredményezhet.

A rendszeres takarítás jelentősége
„A szennyeződés fokozatos folyamat, ezért kulcsfontosságú a rendszeres ellenőrzés.

Az általánosan követett mutatók a következők:

Az U{0}}érték csökkentése

Fokozott nyomásesés

Csökkent kimeneti hőmérsékleti teljesítmény

Meghosszabbított fűtési időszakok a folyamatokban

Általában jobb, ha a tisztítást megelőző ütemterv szerint végezzük, és nem várunk arra, hogy az erős szennyeződés felhalmozódjon.

A PTFE hőcserélőknél a tiszta csőfelületek segítenek fenntartani mindkettőt:

Állandósult állapotú konvektív hőátadás

Hidraulika alacsony ellenállás

A cél nemcsak a vastag lerakódások megtisztítása, hanem az érdesség enyhe javulása és a jelentős hőszigetelés közötti átmenet elkerülése.

Elszennyeződés: dinamikus termikus jelenség
A konvektív együtthatójú PTFE hőcserélő és a cső eltömődési hatása közötti összefüggés azt mutatja, hogy a szennyeződés lényegében dinamikus és nem statikus.

A turbulencia és a hőátadás a kezdeti szakaszban pillanatnyilag fokozható. De az idő múlásával a lerakódás szigetelő tulajdonságai uralják a rendszer viselkedését.

Ez a kettősség jobban megnehezíti a szennyeződéselemzést, mint a folyamatos lineáris csökkenés puszta feltételezése.

A rövid távú mérések gyakran félrevezetőek lehetnek, amikor a hőcserélő az átmeneti érdesség-javítási fázisban van.

A hosszú távú termikus trendek azonban a lerakódások felhalmozódása miatt folyamatosan emelkedő büntetés tendenciát mutatnak.

Következtetés.
A PTFE hőcserélőben lévő belső csövek eltömődése összetett és időfüggő hatással van a konvektív hőátadási teljesítményre. Kezdetben a nagyon kis szennyeződés rövid időre javíthatja a csőoldali konvektív hőátadási tényezőt az egyébként sima PTFE felület érdesítésével és némileg növelve a turbulenciát.

Ez a kezdeti javulás rövid{0}}életű. A szennyeződés vastagsága növekszik, a lerakódás kiemelkedőbb hőellenállássá válik, és a teljes U-érték fokozatosan csökken. Ahogy az érdesség átmenetileg növeli a turbulenciát, végül a hőmozgás szigetelő gátjává válik.

A csőszennyeződési hatású konvektív együtthatójú PTFE hőcserélő viselkedése azt jelzi, hogy az eltömődés nem egyszerű bináris helyzet, hanem inkább egy folyamatban lévő termikus folyamat. Egy kis durva vízkő egy ideig megtévesztheti a kezelőt, de a hőcserélő tartós hatékonysága végső soron a tiszta belső csőfelületek függvénye. Ami praktikus érdességnek indul, az szigetelő takaróvá válik.