Когато оразмерявате кожухотръбен-тръбен топлообменник, изчислението на тръбната-страна е лесно. Страната-на корпуса обаче създава сложности с устройствата на преградите и потоците от течове, които могат значително да променят прогнозираното представяне.
Защо Shell{0}}страничният топлопренос има значение в PTFE топлообменниците
Коефициентът на топлопреминаване-от страната на корпуса представлява ефективността на преноса на топлина между флуида-от страната на корпуса и стената на тръбата. Това е критичен компонент при определяне на общия коефициент на топлопреминаване (U-стойност), който пряко управлява размера и производителността на топлообменника.
В PTFE топлообменниците този параметър става още по-важен, тъй като PTFE има относително ниска топлопроводимост в сравнение с металите. В резултат на това общото термично съпротивление е по-чувствително и към двата коефициента на флуиден филм. Често се наблюдава, че дори умерени неточности в оценката-от страна на корпуса могат да доведат до значително занижаване или преоразмеряване на топлообменника.
За да се изчисли правилно коефициентът на топлопреминаване на страната на корпуса, трябва да се вземат предвид както геометрията, така и поведението на потока вътре в корпуса, особено когато се използват сегментни прегради.
Общ преглед на метода Kern
Методът на Керн е широко използван емпиричен подход за предварителен термичен дизайн от-страна на корпуса. Той осигурява практическа оценка на ефективността на топлопреноса за кожухот-и-тръбни топлообменници, оборудвани със сегментни прегради, обикновено с 25% разрез на преградите.
Често срещаният подход включва третиране на страничния -поток на корпуса като напречен поток над тръбни групи, като същевременно се прилагат корекционни фактори за отчитане на ефектите на байпасиране, изтичане и разстояние между преградите. Методът опростява сложно поле на потока в управляема инженерна корелация.
На практика методът на Kern изисква ключови входни параметри като:
Диаметър на корпуса
Разположение на тръбата и стъпка
Разстояние между преградите и изрязване на преградата
Свойства на течността от-черупката (вискозитет, плътност, топлопроводимост)
Скорост на потока през тръбния сноп
Полученото изчисление дава приблизителна оценка на коефициента на топлопреминаване-от страната на корпуса, който след това се използва при определяне на общата U-стойност.
Концептуален пример за изчисление на-страни на корпуса
Един опростен пример помага да се илюстрира подходът. Помислете за PTFE корпус-и-топлообменник, използван за загряване на вода от страната на корпуса с помощта на кондензираща пара вътре в тръбите.
Кондензацията на пара обикновено осигурява висок вътрешен коефициент на топлопреминаване, често в диапазона от няколко хиляди W/m²·K. Следователно ограничаващият фактор става водният поток-от страната на черупката.
Използвайки метода на Керн, вода, протичаща през тръбен сноп, поддържан от преграда-, може да доведе до коефициент на топлопреминаване от страна на обвивката-в диапазона от приблизително 500–1500 W/m²·K, в зависимост от скоростта, разстоянието на преградата и вискозитета.
Често се наблюдава, че увеличаването на скоростта на потока подобрява коефициента, но също така увеличава спада на налягането. Този компромис-е основен за оптимизирането на обменника.
Корекции за конструкцията на PTFE топлообменник
Когато се използва PTFE тръба, трябва да се въведат допълнителни съображения. Ниската топлопроводимост на PTFE (~0,25 W/m·K) увеличава съпротивлението на стената, което прави общия коефициент на топлопреминаване по-чувствителен към двата коефициента на филма.
Общата инженерна корекция включва прилагане на корекционни фактори или консервативни граници на безопасност, за да се отчетат:
Намалена ефективност на проводимост на стената
Не-поддържащи конструкции от метални тръби
Потенциални характеристики на замърсяване при химическо обслужване
На практика стандартният метод на Kern предоставя разумна базова линия, но точността на окончателния дизайн често изисква усъвършенстване с помощта на-специфични данни на производителя или експериментални криви на ефективност за топлообменници, базирани на PTFE-.
Подробните изчисления също зависят от точността на предполагаемите свойства на флуида, по-специално вискозитета, който силно влияе върху числото на Рейнолдс от -черупката и развитието на турбуленция.
Типични обхвати на-страничния коефициент на топлопреминаване
| Тип услуга | Типичен страничен коефициент-на корпуса (W/m²·K) | Характеристики на потока |
|---|---|---|
| Течност–Течност | 300 – 1500 | Умерена турбуленция |
| Газ–Течност | 50 – 300 | Ниска плътност, по-нисък топлопренос |
| Кондензационна услуга | 1000 – 6000 | Високи скорости на топлообмен |
Тези стойности са индикативни и силно зависят от скоростта, конфигурацията на преградата и свойствата на течността.
Заключение
Методът на Керн осигурява практичен и широко приет подход за оценка на ефективността на топлообмен-от страната на корпуса в предварителния дизайн на топлообменника. Въпреки това, за PTFE топлообменници, трябва да се вземат предвид допълнителна термична устойчивост и -специфично поведение на материала, за да се осигури точност.
Въпреки че възможността за изчисляване на коефициента на топлопреминаване на страната на корпуса с помощта на стандартни корелации е ценна за ранните етапи на проектиране, окончателното термично оразмеряване често се възползва от данни на производителя и прецизно моделиране. Прецизният термичен дизайн гарантира, че топлообменникът отговаря на изискванията на процеса без прекомерна повърхностна площ, цена или несигурност в работата.
