Koks yra vidinio vamzdžio užteršimo poveikis vamzdžiui{0}}PTFE šilumokaičio šoniniam konvekciniam šilumos perdavimo koeficientui?

Kai plona masto plėvelė pirmą kartą pradeda formuotis lygaus PTFE vamzdžio viduje, šilumos perdavimo koeficientas gali elgtis šiek tiek paradoksaliai. Labai trumpą laiką šiluminė charakteristika gali net nežymiai padidėti. Pradinis užteršimo sluoksnis yra šiek tiek šiurkštus ir sunaikina įprastai lygų ribinį sluoksnį išilgai vamzdžio sienelės, sukeldamas tolesnę turbulenciją ir padidindamas skysčio maišymąsi. Vis dėlto ši trumpalaikė nauda yra trumpalaikė. Didėjant nuosėdų storiui, užteršimo sluoksnio izoliacinis poveikis dominuoja prieš bet kokį turbulencijos pranašumą, o šilumokaičio šilumos perdavimo charakteristikos pradeda nuolat mažėti.

Todėl ryšys tarp vamzdžio užsiteršimo efekto konvekcinio koeficiento ir PTFE šilumokaičio veikimo nėra paprastas linijinis pablogėjimas. Užteršimas atsiranda laikui bėgant, iš pradžių kaip šiurkštumo stipriklis, o galiausiai kaip dominuojantis šiluminis barjeras.

Kas vyksta Teflon® vamzdžio viduje?
PTFE šilumokaičio šiluminės charakteristikos nustatomos pagal varžų seriją, kaip nurodyta toliau.

Šiluma turi praeiti:

Vamzdžio šoninio skysčio{0}}ribinis sluoksnis

Bet koks užteršimas nusėdo

PTFE vamzdžio sienelė

Skysčio ribinis sluoksnis korpuso pusėje

Visas šilumokaičio šilumos perdavimo koeficientas yra pagrįstas visa šilumine varža, paprastai vadinama U{0}}reikšme.

Didėjant užsiteršimui, sistema įtraukiama į papildomą atsparumo terminą.

Šis pasipriešinimas iš pradžių gali būti labai mažas. Tačiau paviršiaus šiurkštumo poveikis trumpam gali būti didelis.

Kodėl nedidelis užsiteršimas gali pagerinti šilumos perdavimą
Pats PTFE vamzdelis yra gana lygus. Mažas paviršiaus šiurkštumas sumažina slėgio kritimą ir nuosėdų sukibimą, tačiau lygūs paviršiai tam tikromis tekėjimo aplinkybėmis taip pat gali išlaikyti gana stabilų sluoksniuotą ribinį sluoksnį.

Susidarius labai plonam užteršimo sluoksniui, pasikeičia vidinė paviršiaus tekstūra.

Mikroskopiniai nelygumai pradeda lįsti į skysčio srautą ir sukelia nedidelius sutrikimus prie sienos. Šie sutrikimai apima

Pridėkite vietinių trikdžių

Suardykite šiluminį ribinį sluoksnį

Patobulintas radialinis skysčių maišymas

Pagerinkite šilumos perdavimą tarp sienos ir skysčio

Užteršimas laikinai apgauna jutiklius, nes šilumokaitis gali rodyti trumpalaikį plokščiakalnį arba net šiek tiek padidėjusį šiluminį našumą.

Šis poveikis labiausiai pastebimas, kai:

Iš pradžių srautas yra laminarinis

Reinoldso skaičiai artėja prie perėjimo

Originalus PTFE paviršius yra labai lygus.

Užteršimo storis vis dar labai plonas

Šis ankstyvos stadijos šiurkštumo poveikis šiurkštiems metaliniams vamzdžiams dažnai būna ne toks ryškus, nes pradinė paviršiaus tekstūra jau yra nerami.

Šiurkštumo įtaka konvekciniam šilumos perdavimui
Paviršiaus šiurkštumo įtaka šilumos perdavimui yra tiesiogiai susijusi su skysčio trinties elgesiu.

Analizuojant turbulentinį srautą, šiurkštumas turi įtakos:

Trinties koeficientas

Ribinio sluoksnio stabilumas

Impulso perkėlimas.

Šilumos perdavimo pagerinimas

Tie patys veiksniai, kurie sustiprina trinties maišymą, taip pat veikia konvekcinį šilumos perdavimą.

Šį ryšį atspindi trinties koeficiento ir šilumos perdavimo koeficiento panašumai klasikinėje transporto teorijoje.

Todėl šiek tiek grublėtas paviršius gali padidinti vamzdžio{0}}konvekcinio šilumos perdavimo koeficientą tam tikromis darbo sąlygomis.

Tačiau šis teigiamas poveikis yra tik laikinas, nes užteršimo sluoksnio elektrinė varža laikui bėgant didėja.

Kai užsiteršimas siaučia
Tirštėjančių užteršimo nuosėdų izoliacinės savybės tampa vis svarbesnės.

Apskritai, pačios nuosėdos turi mažą šilumos laidumą, palyginti su skysčio ir šilumokaičio medžiagomis. Taigi šiluma turi praeiti per dar vieną izoliacinį sluoksnį, kad galėtų pasiekti birų skystį.

Galų gale bet kokią turbulencijos naudą nustelbia papildomo storio šilumos nuostoliai.

Rezultatai:

Sumažinta bendra U vertė

Mažesnis šilumos perdavimo greitis

Didesnis temperatūros požiūris

Šiluminis atsakas lėtesnis

Didesnis proceso nestabilumas

Šiuo metu šilumokaitis patenka į gerai žinomą ilgalaikio užteršimo blogėjimo tendenciją, pastebėtą pramoninėse sistemose.

Atsparumas užsiteršimui kaip laikinas procesas
Užteršimo kaupimasis retai vyksta pastoviu greičiu.

Daugelyje sistemų atsparumas užsiteršimui seka asimptotinę kreivę:

Greitas pradinis{0}}sukūrimas

Lėtesnis{0}}kurimas ilgainiui

galiausiai stabilizuojasi link pusiausvyros

Šie ankstyvieji pokyčiai dažnai yra didžiausi santykiniai paviršiaus šiurkštumo ir srauto sutrikimo pokyčiai.

Tada nuosėdos sutirštėja ir tankėja, o tolesnį augimą stabdo šlyties jėgos ir dalinio atsiskyrimo mechanizmai.

Šis asimptotinis atsparumo užsiteršimui elgesys gali paaiškinti, kodėl šilumokaitis iš pradžių gali atrodyti stabilus, bet per ilgą veikimo laikotarpį palaipsniui praranda šiluminį efektyvumą.

Kodėl PTFE šilumokaičiai turi neįprastą taršą
PTFE šilumokaičiai turi tam tikrų savybių, kurios įtakoja užsiteršimo dinamiką kitaip nei metalinės sistemos.

Pradinis paviršius labai lygus
Palyginti su daugeliu metalinių šilumokaičių medžiagų, pirminiai PTFE paviršiai yra labai lygūs.

Dėl šio žemo pradinio šiurkštumo veiksmingos paviršiaus tekstūros pokytis gana reikšmingas nuo mažų mastelio kiekių.

Dėl to ankstyvojo{0}}nelygumo didinimo efektas tampa akivaizdesnis.

Mažos paviršiaus energijos
Nelipnios PTFE savybės atsparios stipriam nuosėdų sukibimui.

Kai kurie nešvarumų sluoksniai išlieka minkštesni arba mažiau mechaniškai stabilūs nei nuosėdos, susidariusios ant metalinių vamzdžių.

Sumažintas šilumos laidumas
PTFE jau turi geresnį sienų atsparumą nei metalai, tokie kaip nerūdijantis plienas ar titanas.

Taigi papildomas atsparumas užsiteršimui yra santykinai svarbesnis visame šiluminės varžos tinkle.

Veikimo sumažėjimas gali būti ypač akivaizdus, ​​kai užterštumas yra labai storas.

Ilgalaikė U vertės mažėjimo tendencija
Trumpalaikis šiurkštumo poveikis

su vis dar augančiais indėliais:

Vamzdžio skersmens sumažinimas

Srauto pasiskirstymo pokyčiai

slėgio sumažėjimas padidėjo

Pakyla šiluminė varža.

Šilumokaičio efektyvumas krenta

Aukštesniuose užteršimo etapuose proceso kontrolė gali būti problemiška, nes šilumos perdavimo greičių operacijai nebepakanka.

Tada šilumokaičiui gali prireikti:

Cheminis valymas

Mechaninis valymas

Vamzdžių keitimas

Srauto optimizavimas

Proceso chemijos derinimas

Be įsikišimo, lėtinis užsiteršimas galiausiai gali sukelti negrįžtamą našumo sumažėjimą.

Reguliaraus valymo reikšmė
„Užteršimas yra laipsniškas procesas, todėl labai svarbu reguliariai stebėti.

Dažniausiai stebimi rodikliai:

U{0}}vertės mažinimas

Padidėjęs slėgio kritimas

Sumažėjęs išėjimo temperatūros našumas

Pailginti šildymo periodai procesuose

Apskritai geriau valyti pagal prevencinį grafiką, o ne laukti, kol susikaups didelės nešvaros.

PTFE šilumokaičiams švarūs vamzdžių paviršiai padeda išlaikyti:

Pastovios būsenos konvekcinis šilumos perdavimas

Hidraulika mažas atsparumas

Tikslas yra ne tik išvalyti storas nuosėdas, bet ir išvengti perėjimo nuo nedidelio šiurkštumo pagerėjimo iki reikšmingos šilumos izoliacijos.

Užteršimas: dinaminis terminis reiškinys
Ryšys tarp konvekcinio koeficiento PTFE šilumokaičio ir vamzdžio užteršimo efekto rodo, kad užsiteršimas iš esmės yra dinaminis, o ne statinis.

Turbulencija ir šilumos perdavimas gali būti akimirksniu sustiprinti pradinėse stadijose. Tačiau laikui bėgant sistemos elgsenoje dominuoja nuosėdų izoliacinės savybės.

Šis dvilypumas apsunkina užsiteršimo analizę labiau nei vien tik prielaida, kad nuolatinis tiesinis mažėjimas.

Trumpalaikiai matavimai dažnai gali būti klaidinantys, kai šilumokaitis yra pereinamojo šiurkštumo{1}}padidinimo fazėje.

Tačiau ilgalaikės šiluminės tendencijos rodo nuolatinę baudų didėjimo tendenciją dėl nuosėdų kaupimosi.

Išvada.
Vidinis vamzdžio užsiteršimas PTFE šilumokaityje turi sudėtingą ir nuo laiko priklausomą poveikį konvekciniam šilumos perdavimo efektyvumui. Iš pradžių labai mažas užsiteršimas gali trumpam pagerinti vamzdžio{1}}konvekcinio šilumos perdavimo koeficientą, nes kitaip lygus PTFE paviršius grublėtas ir šiek tiek padidėja turbulencija.

Šis pradinis patobulinimas{0}}trumpalaikis. Užteršimo storis didėja, nuosėdų šiluminė varža tampa ryškesnė, o bendra U-vertė palaipsniui mažėja. Kaip šiurkštumas laikinai padidina turbulenciją, galiausiai jis tampa izoliacine kliūtimi šilumos judėjimui.

Vamzdžio užsiteršimo efekto konvekcinio koeficiento PTFE šilumokaičio elgsena rodo, kad užsiteršimas nėra paprasta dvejetainė situacija, o veikiau nuolatinis terminis procesas. Šiek tiek grubus apnašas kurį laiką gali apgauti operatorių, tačiau ilgalaikis šilumokaičio efektyvumas galiausiai priklauso nuo švarių vidinių vamzdžių paviršių. Tai, kas prasideda kaip patogus šiurkštumas, virsta izoliuojančia antklode.