Il-Mudell tal-Fluss Li Jiddefinixxi l-Effett L/D
Skambjatur tas-sħana PTFE ta 'immersjoni installat f'tank tal-kisi b'aġitazzjoni mekkanika jopera bil-fluwidu tal-proċess li jgħaddi mill-qatta tat-tubi. L-aġitazzjoni toħloq mudell ta 'fluss li jiċċirkola b'veloċità ta' 0.2-0.8 m / s fil-viċinanza tal-qatta tat-tubi.
Il-fluss li joqrob lejn kull tubu fil-gozz mhuwiex uniformi. It-tubi ħdejn it-tarf ta 'quddiem tal-qatta jaraw il-veloċità ta' avviċinament sħiħa, filwaqt li t-tubi fl-intern tal-qatta jaraw veloċità mnaqqsa minħabba li l-fluss huwa parzjalment imblukkat mit-tubi upstream. Id-distribuzzjoni tal-veloċità tiddependi fuq l-ispazjar tat-tubi, il-ġeometrija tal-qatta, u d-direzzjoni tal-fluss.
Il-proporzjon tat-tul-għal-dijametru jaffettwa l-mudell tal-fluss billi jiddetermina jekk il-fluss li jidħol fil-mazz tat-tubi jiżviluppax saff tal-konfini tul it-tul tat-tubu jew jekk is-saff tal-konfini huwiex interrott mill-appoġġi tat-tubi u l-ġeometrija tal-qatta. Proporzjon L/D għoli jippermetti li s-saff tal-konfini jiżviluppa bis-sħiħ, li jnaqqas il-koeffiċjent tat-trasferiment tas-sħana. Proporzjon L/D baxx jinterrompi s-saff tal-konfini, li jżid il-koeffiċjent tat-trasferiment tas-sħana.
Il-Proporzjon L/D u s-Saff tal-Konfini li Jiżviluppa
Is-saff tal-konfini fuq tubu in cross-flow jiżviluppa mix-xifer ta' quddiem u jikber fil-ħxuna tul it-tul tat-tubu. Għal tubu bi proporzjon għoli ta 'L/D, is-saff tal-konfini jsir kompletament żviluppat fuq il-biċċa l-kbira tat-tul tat-tubu, u l-koeffiċjent tat-trasferiment tas-sħana huwa ddeterminat mill-kondizzjoni tal-fluss żviluppata bis-sħiħ. Għal tubu bi proporzjon baxx L/D, is-saff tal-konfini għadu qed jiżviluppa fuq il-biċċa l-kbira tat-tul tat-tubu, u l-koeffiċjent tat-trasferiment tas-sħana huwa ogħla minħabba li s-saff tal-konfini huwa irqaq.
It-tul tad-dħul termali, li hija d-distanza meħtieġa biex il-profil tat-temperatura jsir żviluppat bis-sħiħ, huwa proporzjonali għan-numru Reynolds u n-numru Prandtl. Għal fluwidu viskuż b'numru Prandtl ta '100 u numru Reynolds ta' 100, it-tul tad-dħul termali huwa ta 'madwar 50 dijametru ta' tubu. Għal tubu bi proporzjon L/D ta 'inqas minn 50, il-fluss huwa fir-reġjun tad-dħul termali, u l-koeffiċjent tat-trasferiment tas-sħana huwa ogħla mill-valur żviluppat bis-sħiħ.
Għal fluwidu bħall-ilma-b'numru Prandtl ta' 7 u numru Reynolds ta' 500, it-tul tad-dħul termali huwa madwar 20 dijametru ta' tubu. Għal tubu bi proporzjon L/D ta 'inqas minn 20, il-fluss huwa fir-reġjun tad-dħul termali.
Il-Proporzjon L/D u l-Fluss tal-Aġitazzjoni
F'tank aġitat, id-direzzjoni tal-fluss relattiva għall-qatta tat-tubi mhix iffissata. L-aġitazzjoni toħloq fluss li jiċċirkola li jibdel id-direzzjoni hekk kif l-aġitatur idur. It-tubi jaraw fluss li joxxilla fid-direzzjoni u l-kobor, li jaffettwa l-iżvilupp tas-saff tal-konfini.
Mazz ta ' tubi ta ' proporzjon L/D għoli jippreżenta mogħdija ta ' fluss twil għall-fluss ta ' l-aġitazzjoni, u l-fluss jistgħu jiġu devjati madwar il-gozz aktar milli permezz tiegħu. Mazz ta 'proporzjon L/D baxx jippreżenta mogħdija ta' fluss iqsar u jippermetti li l-fluss jippenetra l-qatta aktar faċilment.
Il-ġeometrija tal-qatta taffettwa wkoll id-distribuzzjoni tal-fluss. Mazz b'proporzjon għoli ta 'L/D għandu numru akbar ta' ringieli ta 'tubi fid-direzzjoni tal-fluss, li jżid ir-reżistenza tal-fluss u jnaqqas il-veloċità fl-intern tal-qatta. Mazz bi proporzjon baxx L/D għandu inqas ringieli ta 'tubi, li jnaqqas ir-reżistenza tal-fluss u jżid il-veloċità fl-intern.
Il-Proporzjon Ottimal L/D għal Servizz ta 'Tank Aġitat
L-aħjar proporzjon L/D għal skambjatur tas-sħana PTFE ta 'immersjoni f'tank aġitat jiddependi fuq l-intensità ta' aġitazzjoni, il-proprjetajiet tal-fluwidu, u t-tagħbija tas-sħana. Għal aġitazzjoni moderata b'veloċità ta '0.3-0.5 m/s, l-aħjar proporzjon L/D huwa tipikament 20-40. Għal aġitazzjoni għolja b'veloċità ta '0.5-0.8 m/s, l-aħjar proporzjon L/D huwa 15-30.
Proporzjon ta 'L/D aktar baxx jipprovdi koeffiċjent ta' trasferiment tas-sħana ogħla iżda jeħtieġ numru akbar ta 'passes ta' tubi jew footprint tal-gozz akbar biex tinkiseb l-erja tal-wiċċ meħtieġa. Proporzjon L/D ogħla jipprovdi koeffiċjent ta 'trasferiment tas-sħana aktar baxx iżda jippermetti qatta aktar kompatta.
Il-kompromess-huwa bejn l-effiċjenza tat-trasferiment tas-sħana u d-daqs tal-pakkett. L-aħjar proporzjon L/D huwa dak li jipprovdi t-tagħbija tas-sħana meħtieġa bl-inqas spiża totali, inkluża l-ispiża kapitali u l-ispiża operattiva.
Il-kwantifikazzjoni tal-Effett L/D fuq il-Koeffiċjent tat-Trasferiment tas-Sħana
It-tabella li ġejja tiġbor fil-qosor il-koeffiċjent tat-trasferiment tas-sħana u l-erja tal-wiċċ meħtieġa għal proporzjonijiet L/D differenti f'tank aġitat b'veloċità tal-fluwidu tal-proċess ta '0.4 m/s u numru Prandtl ta' 20.
| Proporzjon L/D | Reġim tal-Fluss | Koeffiċjent tat-Trasferiment tas-Sħana | Erja tal-wiċċ Meħtieġa għal 20 kW | Footprint Bundle | Qasgħa tal-Pressjoni |
|---|---|---|---|---|---|
| 10 | Reġjun tad-dħul, saff tal-konfini irqiq | 450 W/m²·K | 4.4 m² | Kompatt | Baxx |
| 15 | Parzjalment żviluppati | 400 W/m²·K | 5.0 m² | Moderat | Baxx |
| 20 | Parzjalment żviluppati | 360 W/m²·K | 5.6 m² | Moderat | Moderat |
| 30 | Toqrob għal kollox żviluppat | 320 W/m²·K | 6.3 m² | Kbir | Moderat |
| 40 | Żviluppat bis-sħiħ | 290 W/m²·K | 6.9 m² | Kbir | Għoli |
| 50 | Żviluppat bis-sħiħ | 270 W/m²·K | 7.4 m² | Kbir ħafna | Għoli |
| 60 | Żviluppat bis-sħiħ | 255 W/m²·K | 7.8 m² | Kbir ħafna | Għoli ħafna |
Il-valuri tal-koeffiċjent tat-trasferiment tas-sħana huma bbażati fuq il-korrelazzjoni ta' Zukauskas għall-qatet ta' tubi ta' fluss inkroċjat-, aġġustati għar-reġim tal-fluss li qed jiżviluppa f'proporzjonijiet L/D baxxi. L-erja tal-wiċċ meħtieġa hija kkalkulata għal tagħbija tas-sħana ta' 20 kW b'differenza fit-temperatura ta' 10 gradi.
L-effett tad-dijametru tat-tubu
Id-dijametru tat-tubu jaffettwa l-proporzjon L/D għal tul tat-tubu partikolari. Tubu ta 'dijametru iżgħar għandu proporzjon L/D ogħla għall-istess tul, li jfisser li s-saff tal-konfini huwa aktar probabbli li jiġi żviluppat bis-sħiħ. Tubu ta 'dijametru akbar għandu proporzjon L/D aktar baxx, li jfisser li s-saff tal-konfini huwa aktar probabbli li jkun fir-reġjun tad-dħul.
Għal tul ta 'tubu ta' 1.0 m, tubu ta '6 mm għandu proporzjon L/D ta' 167, li huwa sew fir-reġim żviluppat għal kollox. Tubu ta '25 mm għandu proporzjon L/D ta' 40, li qed joqrob lejn ir-reġim żviluppat għal kollox. Tubu ta '50 mm għandu proporzjon L/D ta' 20, li huwa fir-reġim parzjalment żviluppat.
It-tubu ta 'dijametru iżgħar għandu koeffiċjent ta' trasferiment tas-sħana ogħla għal kull unità ta 'żona iżda erja tal-wiċċ aktar baxxa għal kull unità ta' tul. It-tubu ta 'dijametru akbar għandu koeffiċjent ta' trasferiment tas-sħana aktar baxx għal kull unità ta 'żona iżda erja tal-wiċċ ogħla għal kull unità ta' tul.
Karatteristiċi tad-Disinn Li Jottimizzaw il-Proporzjon L/D
Diversi karatteristiċi tad-disinn jottimizzaw il-proporzjon L/D għal servizz ta 'tank aġitat.
Mazz ta 'tubi segmentati.Id-diviżjoni tal-qatta tat-tubi f'segmenti b'appoġġi intermedji tkisser is-saff tal-konfini u żżid il-koeffiċjent tat-trasferiment tas-sħana. Il-qatta segmentata għandha proporzjon L/D effettiv li huwa aktar baxx mit-tul attwali tat-tubu.
Tubi bil-pinen jew imsaħħa.Wiċċ ta 'tubu bi xewk jew skanalaturi iżid il-koeffiċjent tat-trasferiment tas-sħana billi jżid l-erja tal-wiċċ u jippromwovi t-turbolenza. Il-wiċċ imtejjeb huwa partikolarment effettiv fi proporzjonijiet baxxi ta 'L/D.
Spazjar ottimali tat-tubi.Spazjar tat-tubi li jippermetti li l-fluss ta 'aġitazzjoni jippenetra l-gozz iżid il-veloċità fl-intern u l-koeffiċjent tat-trasferiment tas-sħana. Spazjar ta' 1.5–2.0 darbiet id-dijametru ta' barra tat-tubu huwa rakkomandat.
Orjentazzjoni tal-pakkett.L-orjentazzjoni tal-qatta tat-tubi perpendikolari mal-fluss ta 'aġitazzjoni żżid il-veloċità tal-fluss trasversali-u l-koeffiċjent tat-trasferiment tas-sħana. L-orjentazzjoni tal-gozz parallel mal-fluss tnaqqas il-veloċità u l-koeffiċjent.
Ottimizzazzjoni tal-aġitazzjoni.Iż-żieda tal-intensità tal-aġitazzjoni żżid il-veloċità tal-fluss fuq il-qatta tat-tubi u l-koeffiċjent tat-trasferiment tas-sħana. Il-qawwa tal-aġitazzjoni tiżdied mal-kubu tal-veloċità tal-impeller, għalhekk l-ottimizzazzjoni trid tikkunsidra l-ispiża tal-enerġija.
Tqabbil tal-Proporzjonijiet L/D għal Servizz ta 'Tank Aġitat
It-tabella li ġejja tiġbor fil-qosor l-ispiża totali ta' ħames-snin għal proporzjonijiet L/D differenti f'tank aġitat b'tagħbija tas-sħana ta' 20 kW u valur ta' produzzjoni ta' $400 fis-siegħa.
| Proporzjon L/D | Koeffiċjent tat-Trasferiment tas-Sħana | Żona tal-wiċċ Meħtieġa | Spiża Kapitali | Spiża Annwali ta' Aġitazzjoni | Spiża Totali ta' Ħames-Snin |
|---|---|---|---|---|---|
| 10 | 450 W/m²·K | 4.4 m² | $16,000 | $4,500 | $38,500 |
| 15 | 400 W/m²·K | 5.0 m² | $17,000 | $4,200 | $38,000 |
| 20 | 360 W/m²·K | 5.6 m² | $18,000 | $4,000 | $38,000 |
| 30 | 320 W/m²·K | 6.3 m² | $20,000 | $3,800 | $39,000 |
| 40 | 290 W/m²·K | 6.9 m² | $22,000 | $3,600 | $40,000 |
| 50 | 270 W/m²·K | 7.4 m² | $24,000 | $3,500 | $41,500 |
| 60 | 255 W/m²·K | 7.8 m² | $26,000 | $3,400 | $43,000 |
L-ispiża totali ta' ħames-snin hija minimizzata bi proporzjon L/D ta' 15–20. Il-proporzjonijiet L/D aktar baxxi għandhom spiża kapitali aktar baxxa iżda spiża ogħla ta 'aġitazzjoni minħabba li l-qatta aktar kompatta teħtieġ aktar qawwa ta' aġitazzjoni biex tinkiseb l-istess veloċità tal-fluss. Il-proporzjonijiet L/D ogħla għandhom spiża kapitali ogħla li mhix ikkumpensata mill-ispiża ta 'aġitazzjoni aktar baxxa.
Parametri ta 'speċifikazzjoni għal Servizz ta' Tank Aġitat
L-inġiniera tat-tagħmir li jispeċifikaw skambjatur tas-sħana PTFE ta 'immersjoni għal servizz ta' tank aġitat għandhom jikkonfermaw il-parametri li ġejjin mal-fornitur.
Intensità ta 'aġitazzjoni.Speċifika t-tip ta 'aġitazzjoni u l-veloċità tal-fluss fil-viċinanza tal-gozz tat-tubi.
Proprjetajiet tal-fluwidu.Speċifika l-viskożità, id-densità, u n-numru Prandtl tal-fluwidu tal-proċess.
Tagħbija tas-sħana.Speċifika t-tagħbija tas-sħana u l-firxa mistennija.
Proporzjon L/D.Speċifika l-aħjar proporzjon L/D ibbażat fuq l-intensità tal-aġitazzjoni u l-proprjetajiet tal-fluwidu.
Dijametru tat-tubu.Speċifika d-dijametru tat-tubu bbażat fuq il-proporzjon L/D u r-rekwiżit tal-erja tal-wiċċ.
Spazjar tat-tubi.Speċifika l-ispazjar tat-tubi. Spazjar ta' 1.5–2.0 darbiet id-dijametru ta' barra tat-tubu huwa rakkomandat.
Orjentazzjoni tal-pakkett.Speċifika l-orjentazzjoni tal-qatta relattiva għall-fluss ta 'aġitazzjoni.
Erja tal-wiċċ.Speċifika l-erja tal-wiċċ meħtieġa għat-tagħbija tas-sħana u l-koeffiċjent tat-trasferiment tas-sħana.
Tqabbil tal-Proporzjon L/D mal-Kundizzjonijiet tat-Tank Aġitat
Il-proporzjon tat-tul tat-tubu-per-dijametru jaffettwa l-koeffiċjent tat-trasferiment tas-sħana u l-erja tal-wiċċ meħtieġa fi skambjatur tas-sħana PTFE ta 'immersjoni għal servizz ta' tank aġitat. Proporzjon L/D aktar baxx jipprovdi koeffiċjent ta 'trasferiment tas-sħana ogħla iżda jeħtieġ qatta aktar kompatta u aktar qawwa ta' aġitazzjoni. Proporzjon L/D ogħla jipprovdi koeffiċjent ta 'trasferiment tas-sħana aktar baxx iżda jippermetti qatta aktar estiż u inqas qawwa ta' aġitazzjoni.
L-aħjar proporzjon L/D huwa tipikament 15-20 għal aġitazzjoni moderata u 10-15 għal aġitazzjoni għolja. L-aħjar proporzjon jimminimizza l-ispiża totali tas-sjieda, inkluża l-ispiża tal-kapital u l-ispiża tal-aġitazzjoni.
Għal faċilitajiet ta 'tankijiet aġitat li jevalwaw l-għażliet ta' l-iskambjatur tas-sħana PTFE, il-proporzjon L/D għandu jiġi speċifikat fid-dokumenti ta 'akkwist u vverifikat fil-kummissjonar. Il-konfigurazzjoni default ipprovduta mill-manifattur tista 'ma tiġix ottimizzata għall-kundizzjonijiet speċifiċi ta' aġitazzjoni, u l-koeffiċjent tat-trasferiment tas-sħana li jirriżulta jista 'ma jkunx jaqbel mal-valur tad-disinn.
L-inġiniera tat-tagħmir u l-ispeċjalisti tal-akkwist li jevalwaw l-ispeċifikazzjonijiet tal-iskambjatur tas-sħana PTFE għal tank aġitat jew servizz ieħor ta 'immersjoni jistgħu jitolbu reviżjoni tad-disinn li tkopri l-intensità tal-aġitazzjoni, proprjetajiet tal-fluwidu, tagħbija tas-sħana, proporzjon L/D, dijametru tat-tubu, u spazjar tat-tubi biex jikkonfermaw li l-unità hija mqabbla mal-kundizzjonijiet attwali tat-tank u l-istruttura tal-ispiża operattiva tal-faċilità.
