Průměr{0}}vztah přenosu tepla
Pára kondenzující uvnitř trubky výměníku tepla z PTFE vytváří na vnitřní stěně tenký film kondenzátu. Film proudí podél trubky vlivem gravitace a smykového napětí z proudu páry. Tloušťka této fólie určuje koeficient vnitřního prostupu tepla-čím silnější je fólie, tím vyšší je tepelný odpor mezi párou a stěnou trubky.
Tloušťka filmu závisí na průtoku kondenzátu, průměru trubice a orientaci trubice. Pro dané zatížení kondenzátem má trubka menšího průměru tlustší film (kondenzát zaujímá větší část průřezu) a nižší vnitřní koeficient prostupu tepla. Větší průměr trubky má tenčí film a vyšší koeficient.
Trubky s větším průměrem však mají nižší rychlost páry při stejném hmotnostním toku, což snižuje smykové napětí, které pomáhá pohybovat kondenzátem. Nižší smykové napětí může vést k silnějšímu filmu v blízkosti výstupu trubky, což částečně kompenzuje přínos průměru. Optimální průměr trubky vyrovnává tyto konkurenční efekty.
Výpočet tloušťky filmu
Pro laminární proudění kondenzátu na vnitřní stěně vodorovné trubky je tloušťka filmu: δ=(3 × μ × Γ / (ρ × (ρ - ρ_v) × g))^(1/3), kde μ je viskozita kondenzátu, Γ je hmotnostní průtok kondenzátu na jednotku,_ρv je hustota trubky, kondenzát je hustota trubky hustota a g je gravitace.
Průtok kondenzátu na jednotku šířky je: Γ=m_cond / (π × D), kde m_cond je hmotnostní průtok kondenzátu na trubku a D je vnitřní průměr trubky. Větší průměr šíří stejný tok kondenzátu po větším obvodu, snižuje Γ a ztenčuje film.
U trubice o vnitřním průměru 10 mm, která nese 1,5 kg/h kondenzátu, je tloušťka filmu na výstupu trubice přibližně 0,15 mm. U 6mm vnitřní trubky se stejným zatížením kondenzátu je tloušťka fólie přibližně o 0,22 mm až 50 % silnější. Vnitřní součinitel prostupu tepla je úměrný 1/δ, takže menší trubka má přibližně o 30 % nižší vnitřní součinitel.
| ID trubky (mm) | Zatížení kondenzátu (kg/h) | Tloušťka filmu na výstupu (mm) | Vnitřní h (W/m²·K) | Riziko přemostění |
|---|---|---|---|---|
| 6 | 1.5 | 0.22 | 1,100 | Střední (malý průměr) |
| 8 | 1.5 | 0.17 | 1,400 | Nízký |
| 10 | 1.5 | 0.15 | 1,600 | Nízký |
| 12 | 1.5 | 0.13 | 1,800 | Velmi nízká |
Hodnoty pro horizontální trubici, laminární film, 3 barg sytou páru.
Riziko přemostění kondenzátu
U vodorovných trubek proudí kondenzát po dně trubky. Pokud se tloušťka filmu vzhledem k průměru trubky příliš zvětší, kondenzát může v určitém bodě trubici přemostit -vyplnit celý průřez-. To vytváří špalek kapaliny, který blokuje proudění páry a způsobuje vodní ráz, když je špalek poháněn tlakem páry.
Riziko přemostění se zvyšuje se zmenšujícím se průměrem trubky a se zvyšujícím se zatížením kondenzátu. U trubek o vnitřním průměru 6 mm je přemostění problémem při vysokém zatížení kondenzátem (nad přibližně 2 kg/h na trubku). U trubek o vnitřním průměru 10 mm je přemostění nepravděpodobné při typickém zatížení kondenzátem pro provoz výměníku tepla (0,5-3 kg/h na trubku). Doporučený minimální vnitřní průměr trubky pro horizontální trubky vyhřívané párou je 8 mm, aby byla zajištěna dostatečná rezerva proti přemostění.
Návrhové doporučení
Pro většinu aplikací PTFE výměníků tepla poskytuje vnitřní průměr trubky 8-10 mm (OD 10-12 mm s 1 mm stěnou) dobrou rovnováhu mezi vnitřním přenosem tepla, odvodem kondenzátu a odolností proti přemostění. Menší trubky (6 mm ID) lze použít pro nízké zatížení kondenzátem nebo vertikální orientaci, kde gravitace napomáhá odvodnění a přemostění není problémem. Větší trubky (nad 12 mm ID) poskytují lepší vnitřní přenos tepla, ale zvyšují náklady na trubku a snižují hustotu povrchové plochy.
Shrnutí
Průměr trubky ovlivňuje tloušťku vrstvy kondenzátu a vnitřní koeficient prostupu tepla ve výměníku tepla z PTFE. Menší průměry produkují silnější filmy a nižší vnitřní koeficienty a zvyšují riziko tvorby kondenzátu. Pro vodorovné trubky se doporučuje vnitřní průměr trubky 8-10 mm. Vertikální trubky mohou používat menší průměry, protože gravitace brání přemostění. Optimální průměr vyvažuje vnitřní přenos tepla, spolehlivost odvodnění a hustotu povrchu.
Technická podpora pro výběr průměru trubky PTFE je k dispozici po předložení zatížení kondenzátu na trubku, orientaci trubice, tlaku páry a požadované tepelné zátěži.
