تأثیر رسوب لوله داخلی بر روی لوله -ضریب انتقال حرارت همرفتی جانبی مبدل PTFE چیست؟

هنگامی که یک لایه نازک از مقیاس برای اولین بار در داخل یک لوله صاف PTFE شروع به ایجاد می کند، ضریب انتقال حرارت ممکن است به شیوه ای متناقض عمل کند. برای مدت زمان بسیار کوتاهی، عملکرد حرارتی ممکن است حتی اندکی افزایش یابد. لایه رسوب اولیه کمی ناهموار است و لایه مرزی معمولی صاف را در امتداد دیواره لوله از بین می برد و تلاطم بیشتری ایجاد می کند و اختلاط سیال را افزایش می دهد. با این حال، این سود کوتاه مدت کوتاهی است. همانطور که ضخامت رسوب افزایش می یابد، اثر عایق لایه رسوب بر هر مزیتی از تلاطم غالب می شود و عملکرد انتقال حرارت مبدل شروع به کاهش پیوسته می کند.

بنابراین رابطه بین ضریب همرفتی اثر رسوب لوله و عملکرد مبدل PTFE یک تخریب خطی ساده نیست. رسوب گیری با گذشت زمان، در ابتدا به عنوان یک افزایش دهنده زبری و در نهایت به عنوان یک مانع حرارتی غالب ایجاد می شود.

چه اتفاقی در داخل یک لوله تفلون می افتد؟
عملکرد حرارتی مبدل حرارتی PTFE توسط یک سری مقاومت به شرح زیر تعیین می شود.

گرما باید عبور کند:

لایه مرزی لوله-سیال جانبی

هر گونه رسوب رسوب کرده است

دیوار لوله PTFE

لایه مرزی سیال در سمت پوسته

کل ضریب انتقال حرارت مبدل بر اساس مقاومت حرارتی کل است که معمولاً مقدار U{0}} نامیده می شود.

با افزایش رسوب، یک عبارت مقاومت اضافی به سیستم اضافه می شود.

این مقاومت ممکن است در ابتدا بسیار ناچیز باشد. اما اثر زبری سطح می تواند به طور خلاصه قابل توجه باشد.

چرا کمی رسوب می تواند انتقال حرارت را بهبود بخشد
خود لوله PTFE نسبتاً صاف است. زبری سطح پایین افت فشار و همچنین چسبندگی رسوب را به حداقل می رساند، اما سطوح صاف نیز می توانند یک لایه مرزی آرام آرام را در برخی شرایط جریان حفظ کنند.

بافت سطح داخلی با تشکیل یک لایه رسوب بسیار نازک تغییر می کند.

زبری های میکروسکوپی شروع به بیرون آمدن در جریان سیال می کنند و باعث ایجاد اختلالات کوچک در نزدیکی دیوار می شوند. این اختلالات شامل

مزاحمت محلی اضافه کنید

لایه مرزی حرارتی را بشکنید

اختلاط سیال شعاعی تقویت شده

بهبود انتقال حرارت بین دیوار و سیال

رسوب گیری سنسورها را به طور موقت فریب می دهد، زیرا مبدل ممکن است یک فلات گذرا یا حتی کمی افزایش عملکرد حرارتی ظاهری را نشان دهد.

این تاثیر زمانی بیشتر قابل مشاهده است که:

جریان در ابتدا آرام است

اعداد رینولدز نزدیک به انتقال هستند

سطح اصلی PTFE بسیار صاف است.

ضخامت رسوب هنوز بسیار نازک است

این ضربه زبری مرحله اولیه اغلب بر روی لوله های فلزی خشن کمتر مشخص می شود، زیرا بافت سطح پایه در حال حاضر آشفته است.

اثر زبری بر انتقال حرارت همرفتی
تأثیر زبری سطح بر انتقال حرارت مستقیماً با رفتار اصطکاک سیال مرتبط است.

در تجزیه و تحلیل جریان آشفته، زبری بر:

ضریب اصطکاک

پایداری لایه مرزی

انتقال حرکت

افزایش انتقال حرارت

همان عواملی که اختلاط اصطکاکی را افزایش می‌دهند، بر انتقال حرارت همرفتی نیز تأثیر می‌گذارند.

این رابطه در شباهت های بین ضریب اصطکاک و ضریب انتقال حرارت در تئوری حمل و نقل کلاسیک منعکس شده است.

بنابراین، سطح کمی زبر می‌تواند ضریب انتقال حرارت همرفتی لوله{0}}را در برخی شرایط عملیاتی افزایش دهد.

با این حال، این اثر مثبت فقط گذرا است زیرا مقاومت الکتریکی لایه رسوب با گذشت زمان همچنان در حال رشد است.

هنگامی که فولینگ بیداد می کند
کیفیت عایق رسوب ضخیم کننده رسوب هر چه بیشتر حیاتی می شود.

به طور کلی، خود رسوب در مقایسه با مواد سیال و مبدل از رسانایی حرارتی پایینی برخوردار است. بنابراین قبل از اینکه بتواند به سیال حجیم دسترسی پیدا کند، گرما باید از یک لایه عایق دیگر عبور کند.

در نهایت هر مزیت تلاطم تحت الشعاع جریمه حرارتی ضخامت اضافی قرار می گیرد.

نتایج عبارتند از:

مقدار U کل کاهش یافته است

سرعت انتقال حرارت کمتر

رویکرد دمای بالاتر

پاسخ حرارتی کندتر

بی ثباتی بیشتر فرآیند

مبدل در این مرحله وارد روند زوال رسوب طولانی مدت شناخته شده در سیستم های صنعتی می شود.

مقاومت در برابر رسوب به عنوان یک فرآیند گذرا
ایجاد رسوب به ندرت با یک نرخ ثابت پیش می رود.

در بسیاری از سیستم ها مقاومت رسوب از یک منحنی مجانبی پیروی می کند:

ساخت اولیه سریع-

آهسته تر-تولید در دراز مدت

تثبیت در نهایت به سمت تعادل

این تغییرات اولیه اغلب بزرگترین تغییرات نسبی در زبری سطح و اختلال جریان هستند.

سپس رسوب ضخیم و متراکم می شود و رشد بیشتر توسط نیروهای برشی و مکانیسم های جداشدگی جزئی مهار می شود.

این رفتار مجانبی مقاومت رسوبی ممکن است توضیح دهد که چرا مبدل ممکن است در ابتدا پایدار به نظر برسد اما در طول دوره های طولانی کار به تدریج کارایی حرارتی خود را از دست می دهد.

چرا مبدل های PTFE رفتار رسوب غیرمعمولی دارند؟
مبدل‌های PTFE دارای خواصی هستند که در مقایسه با سیستم‌های فلزی، دینامیک رسوب را به روشی متفاوت تحت تأثیر قرار می‌دهند.

Initial Surface Extremes Smooth
در مقایسه با بسیاری از مواد مبدل حرارتی فلزی، سطوح PTFE بکر بسیار صاف هستند.

این زبری پایین پایه منجر به تغییر نسبتاً قابل توجهی در بافت سطح مؤثر از مقادیر کوچک مقیاس می شود.

این باعث می‌شود که-اثر افزایش زبری در مراحل اولیه آشکارتر شود.

انرژی های سطحی پایین
خواص نچسب PTFE در برابر چسبندگی شدید رسوبات مقاومت می کند.

بنابراین برخی از لایه‌های رسوب‌دهنده نسبت به رسوبات ایجاد شده روی لوله‌های فلزی نرم‌تر یا از نظر مکانیکی پایدارتر می‌مانند.

کاهش رسانایی حرارتی
PTFE در حال حاضر مقاومت دیواره بهتری نسبت به فلزاتی مانند فولاد ضد زنگ یا تیتانیوم دارد.

بنابراین، مقاومت در برابر رسوب اضافی در کل شبکه مقاومت حرارتی نسبتاً مهمتر است.

کاهش عملکرد ممکن است به ویژه زمانی که رسوب بسیار ضخیم باشد مشهود باشد.

روند نزولی بلند مدت U Value
اثر زبری کوتاه مدت-مثبت است، در حالی که عملکرد رسوب بلند مدت همیشه جهت منفی دارد.

با سپرده هایی که هنوز در حال چرخش هستند:

کاهش قطر لوله

تغییرات در توزیع جریان

کاهش فشار افزایش یافت

مقاومت حرارتی افزایش می یابد.

راندمان مبدل حرارتی کاهش می یابد

در مراحل بالاتر رسوب گیری، کنترل فرآیند ممکن است مشکل ساز باشد، زیرا نرخ انتقال حرارت دیگر برای عملیات کافی نیست.

مبدل ممکن است نیاز داشته باشد:

تمیز کردن شیمیایی

تمیز کردن مکانیکی

تعویض لوله ها

بهینه سازی جریان ها

تنظیم شیمی فرآیند

بدون مداخله، رسوب مزمن در نهایت می تواند منجر به کاهش عملکرد غیرقابل برگشت شود.

اهمیت تمیز کردن منظم
رسوب یک فرآیند تدریجی است، بنابراین نظارت منظم کلیدی است.

شاخص های رایج ردیابی شده عبارتند از:

کاهش مقدار U-

افزایش افت فشار

کاهش عملکرد دمای خروجی

دوره های گرمایش طولانی در فرآیندها

به طور کلی، بهتر است نظافت را بر اساس یک برنامه پیشگیرانه انجام دهید تا اینکه منتظر جمع شدن رسوبات سنگین باشید.

برای مبدل های PTFE، سطوح لوله تمیز به حفظ هر دو کمک می کند:

انتقال حرارت همرفتی حالت پایدار

هیدرولیک مقاومت کم

هدف نه تنها تمیز کردن رسوبات ضخیم بلکه جلوگیری از انتقال از بهبود جزئی زبری به عایق حرارتی قابل توجه است.

رسوب: یک پدیده حرارتی دینامیک
ارتباط بین مبدل PTFE ضریب همرفتی و اثر رسوب لوله نشان می دهد که رسوب اساساً پویا است و ساکن نیست.

اغتشاش و انتقال حرارت را می توان به صورت لحظه ای در مراحل اولیه افزایش داد. اما در طول زمان، ویژگی‌های عایق‌بندی رسوب بر رفتار سیستم غالب می‌شود.

این دوگانگی تحلیل رسوب را بیش از یک فرض صرف کاهش خطی پیوسته پیچیده می کند.

اندازه‌گیری‌های کوتاه‌مدت-ممکن است زمانی که مبدل در مرحله بهبود ناهمواری انتقالی است، اغلب گمراه‌کننده باشد.

با این حال، روندهای حرارتی بلندمدت تمایل ثابتی برای افزایش جریمه به دلیل تجمع رسوبات نشان می دهد.

نتیجه گیری
رسوب لوله داخلی در یک مبدل حرارتی PTFE اثر پیچیده و وابسته به زمان بر عملکرد انتقال حرارت همرفتی دارد. در ابتدا، رسوب بسیار کوچک ممکن است برای مدت کوتاهی ضریب انتقال حرارت همرفتی لوله را با زبر کردن سطح صاف PTFE و تا حدودی افزایش تلاطم بهبود بخشد.

این بهبود اولیه کوتاه است-. ضخامت رسوب افزایش می‌یابد، رسوب مقاومت حرارتی برجسته‌تری پیدا می‌کند و مقدار U{2}}به تدریج کاهش می‌یابد. همانطور که زبری به طور موقت تلاطم را افزایش می دهد، در نهایت به یک مانع عایق برای حرکت گرما تبدیل می شود.

رفتار مبدل PTFE با ضریب همرفتی اثر رسوب لوله نشان می دهد که رسوب گیری یک وضعیت باینری ساده نیست، بلکه یک فرآیند حرارتی مداوم است. کمی مقیاس خشن ممکن است اپراتور را برای مدتی فریب دهد، اما راندمان مبدل پایدار در نهایت تابعی از تمیزی سطوح لوله داخلی است. چیزی که به عنوان یک زبری مفید شروع می شود به یک پتوی عایق تبدیل می شود.