Ποιο είναι το όφελος από τη χρήση σχεδίασης πολλαπλών-περασμάτων για έναν εναλλάκτη PTFE με προσέγγιση αυστηρής θερμοκρασίας;

Μία από τις πιο δύσκολες θερμικές εργασίες είναι μια προσέγγιση αυστηρής θερμοκρασίας, στην οποία η έξοδος κρύου πρέπει να είναι σχεδόν τόσο ζεστή όσο η θερμή εισαγωγή. Ένας εναλλάκτης PTFE μονής διέλευσης θα πρέπει να έχει μεγάλη περιοχή μεταφοράς θερμότητας λόγω χαμηλής ταχύτητας και κακής διόρθωσης LMTD. Ο διαχωρισμός της ροής σε πολλά περάσματα έχει ως αποτέλεσμα μια θεμελιώδη τροποποίηση της υδραυλικής και θερμικής ισορροπίας.

Thermal Challenge for Proximity-Εφαρμογές Προσέγγισης
Σε μια εργασία εναλλάκτη PTFE με προσέγγιση αυστηρής θερμοκρασίας, ο περιοριστικός παράγοντας δεν είναι μόνο το θερμικό φορτίο αλλά και η μικρή διαφορά θερμοκρασίας που είναι διαθέσιμη για την προώθηση της μεταφοράς θερμότητας. Καθώς η θερμοκρασία προσέγγισης μειώνεται, η ποσότητα της επιφάνειας μεταφοράς θερμότητας που απαιτείται αυξάνεται γρήγορα.

Στην περίπτωση της ρύθμισης με ένα πέρασμα-, η ταχύτητα στην πλευρά του σωλήνα είναι συχνά πιο αργή, καθώς η ροή μοιράζεται μεταξύ όλων των διαθέσιμων σωλήνων ταυτόχρονα. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα χαμηλότερους αριθμούς Reynolds, ασθενέστερους στροβιλισμούς και χαμηλότερο συντελεστή μεταφοράς θερμότητας. Ταυτόχρονα, ο συντελεστής προσαρμογής LMTD μπορεί να είναι λιγότερο ευνοϊκός λόγω της κακής διασταυρούμενης συμπεριφοράς θερμοκρασίας σε διαμορφώσεις μακράς διάρκειας, μονής διέλευσης.

Το καθαρό αποτέλεσμα είναι ένα μεγάλο αποτύπωμα εναλλάκτη που γίνεται απαγορευτικό για πολλές εγκαταστάσεις.

Σχεδίαση πολλαπλών-περασμάτων για βελτιωμένη θερμική απόδοση
Υψηλότερη ταχύτητα στην πλευρά του σωλήνα
Σε μια διάταξη πολλαπλών-περασμάτων , ο συνολικός αριθμός των διαθέσιμων σωλήνων για κάθε πέρασμα μειώνεται . Κατά συνέπεια, ο ίδιος ρυθμός ροής οδηγείται μέσω μιας μικρότερης περιοχής ροής σε κάθε πέρασμα.

Αυτό αυξάνει την ταχύτητα της πλευράς του σωλήνα, η οποία αυξάνει αμέσως τον αριθμό reynolds. Μια μεγάλη βελτίωση στη μεταφορά θερμότητας με συναγωγή επιτυγχάνεται επειδή οι συντελεστές μεταφοράς θερμότητας της εσωτερικής ροής εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από τον αριθμό Reynolds.

Πρακτικά, η ένταση του στροβιλισμού αυξάνεται, το πάχος του οριακού στρώματος μειώνεται και η αντίσταση στη θερμότητα στην πλευρά του σωλήνα μειώνεται.

Καλύτερη χρήση αποτελεσματικής μεταφοράς θερμότητας
Υπάρχει μια ποινή όσον αφορά τη μείωση του συντελεστή διόρθωσης LMTD με ένα σύστημα πολλαπλών-πασών. Ωστόσο, σε συνθήκες στενής προσέγγισης, αυτή η ποινή γενικά αποζημιώνεται. Αυτό συμβαίνει γιατί ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας κυριαρχεί όταν οι αλλαγές στη θερμοκρασία είναι ελάχιστες.

Καθώς η ταχύτητα αυξάνεται, η βελτίωση στην απόδοση μεταφοράς θερμότητας συνήθως υπερτερεί της απώλειας λόγω της διόρθωσης LMTD. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μια συνολική βελτίωση της αποτελεσματικότητας του εναλλάκτη και την ίδια θερμική λειτουργία που επιτυγχάνεται σε μειωμένη επιφάνεια.

Αυτή η διαμόρφωση προσέγγισης στεγανής θερμοκρασίας εναλλάκτη PTFE πολλαπλών διελεύσεων επιτρέπει πιο αυστηρές καταστάσεις διασταύρωσης θερμοκρασίας χωρίς σοβαρή ρύπανση του εξοπλισμού.

Μηχανικές εκτιμήσεις και ανταλλάγματα-
Τα σχέδια πολλαπλών-περασμάτων εισάγουν υδραυλική και μηχανική πολυπλοκότητα. Η πτώση πίεσης στην πλευρά του σωλήνα αυξάνεται με τον αριθμό των αλλαγών κατεύθυνσης ροής και το πραγματικό μήκος διαδρομής ροής. Η κατανομή στην πλευρά του κελύφους πρέπει επίσης να μπορεί να αντιμετωπίσει όλο και πιο περίπλοκες ρυθμίσεις εισαγωγής και εξόδου.

Αυτό αυξάνει τη σημασία του σχεδιασμού της κεφαλίδας, καθώς η ροή πρέπει να κατανέμεται εξίσου μεταξύ των περασμάτων για να αποφευχθεί η κακή κατανομή και η τοπική υποαπόδοση.

Οι παράγοντες θερμικής καταπόνησης πρέπει επίσης να λαμβάνονται υπόψη. Πολλαπλές διελεύσεις προκαλούν διαφορές θερμοκρασίας κατά μήκος του σωλήνα που μπορεί να προκαλέσουν διαφοροποιήσεις διαστολής. Στην πραγματικότητα, το PTFE είναι αρκετά εύκαμπτο και μπορεί να χρειαστεί μεγάλη διαστολή θερμότητας, επομένως η μηχανική καταπόνηση είναι πολύ λιγότερο ανησυχητική από ό,τι με τους μεταλλικούς εναλλάκτες.

Ο σχεδιασμός της κεφαλίδας πρέπει να είναι κατάλληλος για τη θερμική ανάπτυξη και κίνηση χωρίς περιορισμό της ακεραιότητας του σωλήνα.

Πλαίσιο Σχεδιασμού και Πρότυπα
Οι ρυθμίσεις πολλαπλών διελεύσεων είναι ευρέως καθιερωμένες στα πρότυπα σχεδιασμού εναλλάκτη θερμότητας, όπως το TEMA, όπου δίνονται συντελεστές διόρθωσης του LMTD ανάλογα με τη διάταξη διέλευσης και τη διαμόρφωση ροής. Αυτές οι παράμετροι είναι σημαντικές για τη σωστή πρόβλεψη της θερμικής απόδοσης σε μη{2}}μη ιδανικές γεωμετρίες ροής.

Η επικύρωση σχεδιασμού περιλαμβάνει συχνά επαναληπτικούς θερμικούς και υδραυλικούς υπολογισμούς για την ταυτόχρονη ικανοποίηση των απαιτήσεων πτώσης πίεσης και μεταφοράς θερμότητας.

Ισορροπία σχεδιασμού υπό λειτουργικούς περιορισμούς
Ο κύριος στόχος σχεδιασμού είναι η επίτευξη αποδεκτής πτώσης πίεσης και μηχανικής πολυπλοκότητας, διατηρώντας παράλληλα την βελτιωμένη απόδοση μεταφοράς θερμότητας. Η επιλογή είναι συχνά η διαμόρφωση 2 περασμάτων ή 4 περασμάτων, ως ισορροπία μεταξύ της αύξησης της ταχύτητας και της απλότητας του συστήματος.

Αυτό αντισταθμίζεται από τον ενισχυμένο συντελεστή μεταφοράς θερμότητας και την απαίτηση χαμηλότερης επιφάνειας παρά την αύξηση της πτώσης πίεσης, περισσότερο σε συστήματα στενής σύζευξης ή συστήματα περιορισμένου χώρου.

Συνοπτικά
Για τους εναλλάκτες θερμότητας PTFE, οι τοπολογίες πολλαπλών διελεύσεων είναι μια αποτελεσματική και ευρέως χρησιμοποιούμενη λύση όταν η θερμική λειτουργία απαιτεί αυστηρή προσέγγιση θερμοκρασίας.

Αυτό αναγκάζει το ρευστό να πάρει μια μακρύτερη, πιο ρυθμισμένη διαδρομή επιτρέποντας στον εναλλάκτη να λειτουργεί πιο αποτελεσματικά σε μικρότερο αποτύπωμα. Αυτό καθιστά τον σχεδιασμό πολλαπλών-περασμάτων μια ζωτικής σημασίας μέθοδο για την παροχή θερμικής ανταλλαγής υψηλής-απόδοσης υπό αυστηρούς περιορισμούς θερμοκρασίας.