مزیت استفاده از طراحی چند گذر- برای مبدل PTFE با رویکرد دمای محدود چیست؟

یکی از دشوارترین کارهای حرارتی، رویکرد دمایی است که در آن خروجی سرد باید تقریباً به اندازه ورودی گرم باشد. یک مبدل PTFE تک پاسی به دلیل سرعت کم و اصلاح بد LMTD باید دارای یک منطقه انتقال حرارت بزرگ باشد. تقسیم جریان در چند گذر منجر به تغییر اساسی تعادل هیدرولیکی و حرارتی می شود.

چالش حرارتی برای نزدیکی{0}}برنامه‌های رویکرد
در یک کار مبدل PTFE چند پاسی با رویکرد دمایی فشرده، عامل محدود کننده فقط بار گرما نیست، بلکه اختلاف دمای کوچک موجود برای ارتقای انتقال حرارت است. با کاهش دمای نزدیک، مقدار سطح انتقال حرارت مورد نیاز به سرعت افزایش می یابد.

در مورد راه اندازی یک گذر{0}}، سرعت در سمت لوله اغلب آهسته تر است، زیرا جریان به طور همزمان بین تمام لوله های موجود تقسیم می شود. این منجر به اعداد رینولدز کمتر، تلاطم ضعیف تر و ضریب انتقال حرارت کمتر می شود. در عین حال، ضریب تنظیم LMTD ممکن است به دلیل رفتار متقاطع دمایی ضعیف در پیکربندی‌های طولانی و تک پاس، کمتر مطلوب باشد.

نتیجه خالص یک ردپای بزرگ مبدل است که برای بسیاری از نصب‌ها بازدارنده می‌شود.

چند{0}}طراحی پاس برای بهبود عملکرد حرارتی
سرعت بالاتر در سمت لوله
در آرایش چند گذری، تعداد کل لوله‌های موجود برای هر پاس کاهش می‌یابد. در نتیجه، سرعت جریان یکسان از طریق یک منطقه کوچکتر جریان در هر گذر هدایت می شود.

این باعث افزایش سرعت سمت لوله می شود که بلافاصله عدد رینولدز را افزایش می دهد. بهبود زیادی در انتقال حرارت همرفتی حاصل می شود زیرا ضرایب انتقال حرارت جریان داخلی به شدت به عدد رینولدز وابسته است.

عملاً شدت اغتشاش افزایش می یابد، ضخامت لایه مرزی کاهش می یابد و مقاومت حرارتی در سمت لوله کاهش می یابد.

استفاده بهتر از انتقال حرارت موثر
جریمه ای از نظر کاهش ضریب تصحیح LMTD با سیستم چند-گذری وجود دارد. با این حال، در شرایط نزدیک به تنگ، این جریمه به طور کلی جبران می شود. این به این دلیل است که ضریب انتقال حرارت زمانی غالب است که تغییرات دما حداقل باشد.

با افزایش سرعت، بهبود عملکرد انتقال حرارت معمولاً از تلفات ناشی از اصلاح LMTD بیشتر می شود. این منجر به افزایش کلی کارایی مبدل و ایجاد همان وظیفه حرارتی در سطح کاهش یافته می شود.

این پیکربندی رویکرد دمایی با مبدل PTFE چند پاسی اجازه می دهد تا موقعیت های متقاطع دمایی سخت تری را بدون رسوب شدید تجهیزات فراهم کند.

ملاحظات مکانیکی و معاوضه-
طرح‌های چند{0}}پیچیدگی هیدرولیکی و مکانیکی را معرفی می‌کنند. افت فشار در سمت لوله با تعداد تغییرات جهت جریان و طول مسیر جریان موثر افزایش می یابد. توزیع در سمت پوسته همچنین باید بتواند با ترتیبات ورودی و خروجی پیچیده‌تر مقابله کند.

این امر اهمیت طراحی هدر را افزایش می دهد، زیرا جریان باید به طور مساوی بین پاس ها پخش شود تا از توزیع نادرست و عملکرد ضعیف موضعی جلوگیری شود.

عوامل تنش حرارتی نیز باید در نظر گرفته شود. عبورهای متعدد باعث ایجاد اختلاف دما در طول لوله می شود که ممکن است باعث ایجاد اختلاف انبساط شود. در حقیقت PTFE کاملاً انعطاف پذیر است و می تواند انبساط گرمای زیادی را تحمل کند بنابراین استرس مکانیکی بسیار کمتر از مبدل های فلزی نگران کننده است.

طراحی هدر باید برای توسعه حرارتی و حرکت بدون محدود کردن یکپارچگی لوله مناسب باشد.

چارچوب و استانداردهای طراحی
راه‌اندازی‌های چند گذری به طور گسترده در استانداردهای طراحی مبدل حرارتی مانند TEMA ایجاد شده‌اند که در آن فاکتورهای تصحیح LMTD بسته به آرایش عبور و پیکربندی جریان داده می‌شوند. این پارامترها برای پیش‌بینی مناسب عملکرد حرارتی در هندسه‌های جریان غیر ایده‌آل مهم هستند.

اعتبار طراحی اغلب شامل محاسبات حرارتی و هیدرولیکی تکراری برای برآوردن افت فشار و الزامات انتقال حرارت به طور همزمان است.

تعادل طراحی تحت محدودیت های عملیاتی
هدف اصلی طراحی، به دست آوردن یک افت فشار قابل قبول و پیچیدگی مکانیکی، در عین حفظ عملکرد انتقال حرارت افزایش یافته است. انتخاب اغلب پیکربندی ۲ پاس یا ۴ پاس است، به عنوان تعادلی بین افزایش سرعت و سادگی سیستم.

این با افزایش ضریب انتقال حرارت و نیاز به مساحت سطح کمتر علیرغم افزایش افت فشار، بیشتر در سیستم‌های جفت شده نزدیک یا سیستم‌های فضای محدود جبران می‌شود.

به طور خلاصه
برای مبدل‌های حرارتی PTFE، توپولوژی‌های چند گذر{0} یک راه‌حل مؤثر و معمولاً مورد استفاده در مواقعی که وظیفه حرارتی به رویکرد دمایی فشرده نیاز دارد، هستند.

این امر سیال را مجبور می‌کند مسیر طولانی‌تر و منظم‌تری را طی کند و مبدل را قادر می‌سازد تا در فضای کمتری کارآمدتر کار کند. این باعث می‌شود طراحی چند گذری به روشی حیاتی برای ارائه تبادل حرارتی با کارایی بالا تحت محدودیت‌های شدید دما تبدیل شود.