Jakie strategie zapobiegają nieprawidłowemu rozkładowi przepływu w wymienniku PTFE pracującym przy niskim płaszczu-przepływach bocznych?

W wymienniku PTFE przepływ boczny o niskim płaszczu- może po prostu przepływać przez ogromne szczeliny obejściowe wokół wiązki rur, obierając ścieżkę o najmniejszym oporze i mając niewielki kontakt z powierzchnią wymiany ciepła. Unikanie tego obejścia ma kluczowe znaczenie dla osiągnięcia maksymalnej wydajności cieplnej w sytuacjach ograniczonego przepływu.

Charakter złego rozkładu przepływu bocznego powłoki
W wymienniku PTFE o niskim przepływie i nieprawidłowym rozłożeniu przepływu po stronie płaszcza, płyn po stronie płaszcza ma kilka konkurujących ze sobą kanałów przepływowych. W idealnym przypadku ciecz przepływa przez wiązkę rur, gdzie następuje wymiana ciepła. W rzeczywistości istnieją inne ścieżki o niskim oporze:

Obejście przepływu pomiędzy ścianą płaszcza a wiązką

Przegroda-do-wycieku w osłonie

Zwarcie w lampie-w celu-przegrody

Pęd pomaga w bardziej równomiernym rozprowadzaniu płynu przy wyższych prędkościach przepływu. Jednakże przy niskich poziomach przepływu ciśnienie napędowe jest niewielkie i przepływ koncentruje się na najłatwiejszych możliwych trasach. Dlatego duża część płynu może całkowicie ominąć wiązkę rur, co prowadzi do słabego wykorzystania ciepła i niższej efektywności wymiennika.

Niewłaściwa dystrybucja przy niskim przepływie: mechanizmy krytyczne
Głównym problemem przy małych prędkościach-bocznych płaszcza jest brak różnicy ciśnień umożliwiającej pokonanie oporów wycieku. Płyn preferencyjnie przepływa przez:

Shell, aby zakłócić odległość

Szczeliny w wiązkach rurek obwodowych

Strefy o małych oporach przepływu w pobliżu obszarów ujęć

Gdy dominuje przepływ obejściowy, efektywna powierzchnia wymiany ciepła jest znacznie zmniejszona, nawet jeśli rzeczywista powierzchnia wymiennika ciepła pozostaje podobna.

Strategie projektowania powłoki-przepływu bocznego
Luz przegrody i skorupy, regulacja
Najprostszym sposobem kontrolowania nieprawidłowej dystrybucji jest ograniczenie dróg wycieków poprzez zaostrzenie tolerancji mechanicznych. Normy takie jak TEMA ustalają dopuszczalne prześwity pomiędzy:

Średnica zewnętrzna, przegroda, skorupa, ścianka wewnętrzna

Zewnętrzna granica wiązki rur i ściany płaszcza

Otwory na rury i przegrody

Zmniejszenie tych luzów zmniejsza przepływ obejściowy i powoduje przepływ większej ilości płynu przez wiązkę rurek. Należy jednak unikać wiązania mechanicznego, biorąc pod uwagę tolerancje produkcyjne i rozszerzalność cieplną.

Zastosowanie paska uszczelniającego
Paski uszczelniające umieszczone wzdłuż obwodu wiązki rur są często stosowane w celu blokowania przejść obejściowych pomiędzy wiązką a płaszczem. Paski te działają jak bariery fizyczne odchylające przepływ od strony płaszcza do obszaru wiązki rur.

Projekt pasków uszczelniających w wymiennikach PTFE musi uwzględniać elastyczność materiału i właściwości rozszerzalności cieplnej materiału, aby zapewnić utrzymanie właściwości uszczelniających w temperaturach roboczych.

Optymalizacja geometrii przegród
Konstrukcja przegrody ma kluczowe znaczenie dla dyspersji przepływu. Mniejsze rozmiary nacięć na przegrodzie zwiększają część przepływu przetłaczanego przez wiązkę rur i nie pozwalającą na ominięcie osiowe. Jeśli jednak cięcie przegrody zostanie zbyt mocno zmniejszone, spadek ciśnienia dramatycznie wzrośnie.

Można zastosować pełne przegrody (z niewielkim nacięciem lub bez niego, z kontrolowanymi odstępami), aby narzucić układ przepływu głównie krzyżowego-w zastosowaniach o bardzo małych natężeniach przepływu.

Układy spiralnych przegród
Bardziej wyrafinowanymi rozwiązaniami są systemy przegród spiralnych lub spiralnych. Funkcje te kierują płyn-po stronie płaszcza w sposób ciągły, spiralny, poprawiając zachowanie-przepływu-zatykającego i minimalizując strefy stacjonarne.

Przegrody spiralne są droższe i bardziej złożone technicznie, ale znacznie zmniejszają podatność na wycieki i złą dystrybucję. To sprawia, że ​​są one szczególnie skuteczne w systemach PTFE-o niskim przepływie, w których konwencjonalne przegrody segmentowe mają trudności z osiągnięciem równomiernego rozłożenia.

Zasady projektowania dla pracy z niskim płaszczem-przepływem bocznym
Można podsumować kilka podstawowych pomysłów projektowych, aby skutecznie złagodzić problemy związane ze złą dystrybucją przepływu po stronie płaszcza wymiennika PTFE o niskim przepływie:

Zminimalizuj odstępy między przegrodami a skorupą i wiązkami w skorupie do akceptowalnych granic

Uszczelnij obwodowe rury obejściowe za pomocą pasków uszczelniających

Zwiększ-udział przepływu poprzecznego w wiązce rur, zmniejszając przecięcie przegrody

Zastosowanie spiralnych przegród w celu zwiększenia jednorodności przepływu przy bardzo niskich prędkościach przepływu

Upewnij się, że rozkład na wlocie jest możliwie równomierny, aby uniknąć miejscowego rozpryskiwania