Kaip vamzdžio išdėstymo modelis (trikampis prieš kvadratą) veikia apvalkalą-šoninį srautą ir šilumos perdavimą PTFE šilumokaityje?

Kai apvalkalo{0}šoninis skystis teka per PTFE vamzdelių pluoštą, vamzdelių raštas (vadinamas „žingsnio“ modeliu) turi įtakos tam, ar srautas zigzagais juda, ar teka su mažesniu pasipriešinimu. Išdėstymo pasirinkimas yra pagrindinis ir ilgalaikis -operacinis sprendimas. Inžinieriai, kurie kuria arba nurodo PTFE šilumokaitį, turi įvertinti kompromisus tarp trikampio ir kvadratinio žingsnio modelių, kad subalansuotų šilumos perdavimo efektyvumą ir ilgalaikę priežiūrą.

Vamzdžių išdėstymo geometrija
Vamzdžių išdėstymo modeliai apibūdinami kaip vamzdžių centrų padėtis srauto krypties atžvilgiu korpuso pusėje. Populiariausi išdėstymai yra trikampio žingsnis (įskaitant pasuktą trikampį) ir kvadratinį žingsnį (įskaitant pasuktą kvadratą). Bet kokiomis aplinkybėmis vamzdžio žingsnis--atstumas nuo centro iki centro tarp gretimų vamzdžių paprastai yra 1,25–1,5 karto didesnis už išorinį vamzdžio skersmenį. Tarpai suprojektuoti taip, kad suteiktų reikiamą mechaninį stiprumą, kad būtų išvengta vamzdžių kontakto ir leistų skysčiui tekėti per ryšulį iš korpuso pusės.

Žingsnis (išskirstytas) Trikampis
Trikampio žingsnio atveju kiekvienas antroje eilėje esantis vamzdis yra paskirstytas puse žingsnio nuo pirmosios eilės. Dėl to išdėstymas išdėstytas laipsniškai, kad srauto maršrutai nebūtų tiesia linija visame pakete. Korpuso{2}pusė skystis yra priverstas slysti tarp vamzdelių, nuolat keisdamas kryptį.

Pagrindinės savybės:

Daugiau vamzdžių korpuso skerspjūvio{0}}vienetui (didesnis vamzdžio tankis)

Didesnė srauto turbulencija

Padidėjęs korpuso{0}}slėgio kritimas šone

Daug didesnis šilumos perdavimo koeficientas

Kvadratinis (įdėtas) žingsnis
Vamzdžiai yra kvadratiniu žingsniu, išdėstyti eilėmis ir stulpeliais, sudarydami tiesius koridorius arba juostas apvalkalo{0}}šoninio srauto kryptimi. Skystis gali praeiti per šiuos kanalus beveik netrukdomas.

Pagrindinės savybės:

Mažesnis vamzdžių tankis (mažiau vamzdžių tam pačiam korpuso skersmeniui)

Turbulencija su sumažintu srautu

apatinio korpuso pusės slėgio kritimas

Mažesnis šilumos perdavimo koeficientas (esant panašiam masės srautui)

Juostos mechaniniam valymui su tiesioginiu privažiavimu

Shell{0}}Šoninio srauto ir šilumos perdavimo poveikis
Trikampio žingsnio svyravimas sunaikina sluoksniuotus ribinius sluoksnius ir skatina nuolatinį maišymąsi. Skystis nekeliauja lygiais srautais, bet atsitrenkia, atsiskiria ir vėl prisitvirtina prie vamzdelių. Toks chaotiškas judėjimas padidina šilumos perdavimą vamzdžių paviršių konvekcijos būdu. Esant tam tikram srautui korpuso pusėje, trikampio-žingsnio pluošto šilumos perdavimo koeficientas gali būti 20–30 % didesnis nei vienodo kvadratinio-žingsnio pluošto.

Neigiamas yra slėgio kritimas. Turbulencija, kuri padidina šilumos perdavimą, taip pat naudoja siurbimo energiją. Tačiau daugelyje PTFE šilumokaičių, kur korpuso-pusiniai skysčiai paprastai yra vanduo, garai arba švari aušinimo terpė, nedidelis slėgio nuostolių padidėjimas yra priimtinas.

Linijinis išdėstymas palaiko švarias srauto juostas kvadratiniu žingsniu. Skystis korpuso pusėje taip pat pagreitėja esant siauriems tarpams tarp vamzdžių, tačiau srautas yra labiau laminarinis arba pereinamasis ir mažesnis kryžminis{1}}maišymas. Dėl to sumažėja šilumos perdavimo koeficientas. Tam pačiam šiluminiam pajėgumui kvadratiniam-žingsnio pluoštui gali prireikti didesnio korpuso skersmens arba ilgesnio vamzdžio.

Vamzdžio tankio palyginimas
Trikampio žingsnio atveju galite turėti apie 15 % daugiau vamzdžių, kurių skersmuo yra toks pat kaip ir kvadratiniame žingsnyje. Tai yra pakavimo efektyvumo pasekmė. PTFE šilumokaičių vamzdžių sienelės dažnai yra gana storos ir turi mažą šilumos laidumą (palyginti su metaliniais vamzdžiais), todėl norint kompensuoti būdingą PTFE šiluminę varžą, dažnai pageidautina padidinti vamzdžių skaičių. Trikampis išdėstymas padidina šilumos perdavimo paviršių nedidinant korpuso dydžio.

Prieiga prie mechaninio valymo, didelė ilgalaikė problema
Didelis ilgalaikis veiksnys yra galimybė valyti. Gebėjimas pašalinti nešvarumų nuosėdas iš šilumokaičio korpuso lems, ar po kelių mėnesių ar metų naudojimo bus galima atkurti ankstesnį įrenginio veikimą.

Trikampio žingsnio išskirstyta geometrija neleidžia tiesiogiai, netrukdomai matyti visą pluoštą. Tarp vamzdelių negalima tiekti mechaninių valymo priemonių, tokių kaip besisukantys pistoletai, aukšto slėgio vandens srovės ar vieliniai šepečiai. Vienintelis trikampio-pikio pluošto valymo būdas yra cheminis valymas (cirkuliuojančios rūgštys, tirpikliai ar plovikliai). Cheminis valymas veiksmingai pašalina daugelio rūšių nešvarumus (nuosėdas, organines nuosėdas, lengvą dumblą), tačiau kietos patvarios nuosėdos arba tie, kurie netirps saugiose cheminėse medžiagose, gali būti ne taip sėkmingai pašalinami.

Kvadratinis žingsnis suteikia aiškų priėjimą tiesiais koridoriais tarp vamzdžių eilių. Per korpuso pusę, paprastai nuo nuimamo kanalo galo, galima pravesti mechaninį valymo įtaisą, kad būtų nuvalytos nuosėdos nuo vamzdelių. Kvadratinis žingsnis yra numatytasis pasirinkimas, kai žinoma, kad apvalkalo-šoninis skystis stipriai užsiteršia-, pvz., nešvarus aušinimo vanduo, polimerizacijos proceso srautai arba skysčiai, kuriuose yra suspenduotų dalelių, kurios iškepa ant paviršių.

Taikymas PTFE{0}}šilumokaičiuose
Koroziniam naudojimui vamzdžio pusėje (skystis vamzdžių viduje) dažniausiai nurodomi PTFE šilumokaičiai. PTFE vamzdeliai atsparūs stiprių rūgščių, šarmų ir organinių tirpiklių pažeidimams. Daugelyje augalų korpuso pusė perneša švarų skystį, pvz., aušinimo vandenį, garus ar šilumos perdavimo alyvą. Užteršimas yra mažas, nes korpuso{3}}pusės skysčiai paprastai yra švarūs. Dėl to PTFE šilumokaičiuose vyrauja trikampis žingsnis. Tiesiogiai pagerina veikimą dėl didesnio šilumos perdavimo koeficiento ir padidinto vamzdžio tankio be valymo.

Tačiau yra kitokia problema, kai ėsdinantis arba užsiteršęs skystis turi būti korpuso pusėje. Taip nutinka kai kuriuose proceso įrenginiuose -- pvz., kai korpuso pusė turi būti atidaryta apžiūrai arba kai vamzdžio pusė skirta švariam skysčiui, siekiant sumažinti slėgio kritimą. Jei korpuso pusės skystis užsiteršia, tada labai pageidautina kvadratinis žingsnis. Šiluminių savybių praradimą kompensuoja gebėjimas mechaniškai išvalyti PTFE vamzdžių išorę kasmetinių priežiūros nutraukimų metu.

Kompromisas trumpai
Trikampio žingsnio funkcija „Pitch Square“.
Vamzdžių tankis Didesnis (~15 % daugiau vamzdelių) Žemyn.
Korpuso šoninė turbulencija Didelė (srautas paskirstytas) Maža arba vidutinė (lygiagrečios eismo juostos)
Šilumos perdavimo koeficientasDidesnis Žemesnis
Korpuso šoninio slėgio kritimas Aukštesnis Žemesnis
Prieiga prie mechaninio valymo. Nėra (tik cheminis valymas) Geras (tiesioginės prieigos juostos)
Įprastas PTFE šilumokaičių naudojimas. Švarus skystis (vanduo, garai, aliejus) korpuso pusėje. Shell{0}}šoninio skysčio užteršimas
Tiesą sakant, pasirinkimas tarp trikampio ir kvadratinio žingsnio PTFE šilumokaičio vamzdžio išdėstymo modelio trikampio kvadrato atveju retai yra vien tik viršenybės reikalas. Tai našumo ir priežiūros kompromisas. Trikampė forma suteikia kompaktiškesnį ir efektyvesnį šilumokaitį švariam korpuso{3}}šoniniam darbui. Kvadratinis raštas sumažina šilumines charakteristikas, kad būtų galima atkurti našumą naudojant įrankį arba šepetį nešvarumų pašalinimui.

Išdėstymo įtaka PTFE šilumokaičių gyvavimo ciklo išlaidoms
Be tiesioginių šiluminių ir hidraulinių problemų, vamzdžių išdėstymo modelis turi įtakos bendroms nuosavybės išlaidoms. Trikampio-žingsnio šilumokaičio pirmoji kaina gali būti mažesnė (mažesnis apvalkalas tam pačiam paviršiaus plotui) ir mažesnė veikimo energija (geresnis šilumos perdavimo efektyvumas), tačiau jei korpuso pusė užsiteršia ir cheminis valymas neatkuria našumo, įrenginį gali tekti pakeisti anksčiau laiko. Kita vertus, kvadratinio-žygio keitiklis gali turėti didesnį korpusą ir didesnę pradinę kainą, tačiau jį galima pakartotinai valyti mechaniškai, taip pailginant tarnavimo laiką iki begalybės.