חשיבות U-ערך
מקדם העברת החום הכולל-U-ערך-קובע כמה חום מעביר מחליף חום PTFE למ"ר לכל דרגת הפרש טמפרטורה. אומדן ערך U- לא מדויק מייצר מחליף חום בגודל שגוי. הסליל קטן מדי לעמוד בחובת החום או גדול ויקר שלא לצורך.
הערכת ערך U- עבור מחליפי חום PTFE שונה ממחלפי מתכת בהיבט קריטי אחד: התנגדות דופן הצינור היא משמעותית. עבור נירוסטה, עמידות הקיר היא לרוב זניחה. עבור PTFE, עם מוליכות תרמית נמוכה פי 60, התנגדות הקיר היא מרכיב עיקרי בערך ה-U- הכולל. התעלמות ממנה מובילה לשגיאות גודל משמעותיות.
הערכת ערך U- מדויקת דורשת סיכום של שלוש התנגדויות בסדרה: סרט הצד הפנימי של הקיטור-, דופן צינור ה-PTFE וסרט הצד של התהליך החיצוני.- כל אחד תורם לסך הכל. ההתנגדות הגדולה ביותר שולטת בערך ה-U-.
שלושת ההתנגדויות בסדרה
מקדם העברת החום הכולל הוא היפוך של סכום ההתנגדויות האישיות. כל התנגדות מייצגת מחסום שחום חייב לעבור.
התנגדות הסרט הפנימי תלויה במקדם העברת החום-בצד הקיטור. לעיבוי קיטור בתוך צינור, מקדם זה גבוה-בדרך כלל 5,000-10,000 W/m²·K. ההתנגדות קטנה, לרוב פחות מ-10% מהסך הכולל.
התנגדות דופן הצינור תלויה במוליכות תרמית PTFE ובעובי הדופן. עבור צינורות PTFE קיר של 1.0 מ"מ עם מוליכות של 0.25 W/m·K, התנגדות הקיר היא 0.001 / 0.25=0.004 m²·K/W. התנגדות זו נקבעת על ידי בחירת חומר ועובי דופן. זה בדרך כלל מייצג 20-40% מסך ההתנגדות.
התנגדות הסרט החיצוני תלויה בהסעת צד-. תחת הסעה מאולצת עם מהירות נוזל של 0.5-0.8 מ"ש מעבר לצינורות, המקדם החיצוני נע בין 400-800 W/m²·K עבור תמיסות מימיות. ההתנגדות היא 0.00125-0.0025 m²·K/W. לעתים קרובות זוהי ההתנגדות הגדולה ביותר, המייצגת 40-60% מהכלל.
טבלה 1: U-רכיבי חישוב ערך עבור מחליף חום PTFE (10 מ"מ OD, 1 מ"מ קיר, הסעה מאולצת)
| רכיב התנגדות | מקדם (W/m²·K) | התנגדות (מ²·K/W) | % מכלל ההתנגדות |
|---|---|---|---|
| פנימי (עיבוי קיטור) | 8,000 | 0.000125 | 6% |
| קיר צינור PTFE (1.0 מ"מ) | 250 (k/δ) | 0.004 | 43% |
| חיצוני (הסעה מאולצת, 0.6 מ"ש) | 600 | 0.00167 | 38% |
| קצבת עיקול (שירות נקי) | 5,000 | 0.0002 | 13% |
| ערך U- הכולל | 167 | 0.006 | 100% |
חישוב לתמיסת חומצה מימית ב-60 מעלות עם מהירות זרימה צולבת של 0.6 מ/ש. קצבת עכירות למשטח PTFE נקי בתחילה. ערך U- של השדה בפועל מתדרדר ככל שההתגוששות מצטברת.
השפעות הסעה מאולצות על ערך U-
הסעה מאולצת מגדילה את מקדם העברת החום החיצוני, ומפחיתה את התנגדות הסרט החיצוני. זה משפר את ערך ה-U- הכולל. אבל לשיפור יש גבולות מכיוון שהתנגדות קיר ה-PTFE קבועה ומשמעותית.
הכפלת מהירות הנוזל מ-0.3 m/s ל-0.6 m/s מגדילה את המקדם החיצוני מכ-350 ל-600 W/m²·K. ערך U- הכולל משתפר מ-145 ל-167 W/m²·K-רק עלייה של 15%. עליות מהירות נוספות מייצרות תשואות פוחתות ככל שהתנגדות הקיר הקבוע הופכת דומיננטית.
התנהגות זו שונה ממחליפי חום מתכתיים, שבהם הגדלת המהירות יכולה לשפר באופן דרמטי את ערך U- מכיוון שהתנגדות הקיר זניחה. עבור מחליפי PTFE, התנגדות הקיר קובעת תקרה על ערך U- שניתן להשיג ללא קשר לתנאי הזרימה.
מדידת שדה מול חישוב
ערכי U-מחושבים מספקים הערכות עיצוב. מדידת שדה מאשרת ביצועים בפועל. ערך השדה U- נקבע על ידי מדידת חובת חום (מקצב זרימה ושינוי טמפרטורה משני הצדדים) וחלוקה בשטח הפנים הידוע וב-LMTD שנמדד.
ערך U- של שדה הנמוך משמעותית מהאומדן המחושב מצביע על עכירות, הצפת עיבוי או התפלגות זרימה. מגמה רגילה של ערך U- מספקת אזהרה מוקדמת על התפתחות בעיות לפני שהן משפיעות על הייצור.
עבור מחליפי חום חדשים מסוג PTFE, יש לקבוע ערך U-בסיסי במהלך ההפעלה. קו בסיס זה הופך להיות ההתייחסות לכל השוואות הביצועים העתידיות.
תַקצִיר
אומדן הערך של מחליף חום PTFE -מסכמת את ההתנגדות של הסרט הפנימי, דופן הצינור והתנגדות הסרט החיצונית. התנגדות דופן ה-PTFE, קבועה על ידי מוליכות החומר ועובי החומר, מייצגת חלק ניכר מהכלל-בדרך כלל 30-45%. התנגדות קיר זו מגבילה את ערך ה-U המקסימלי שניתן להשיג ללא קשר לשיפורי הזרימה.
הסעה מאולצת משפרת את מקדם הסרט החיצוני אך מייצרת תשואות פוחתות כאשר התנגדות הקיר שולטת. ערכי U-מחושבים צריכים להיות מאומתים על ידי מדידת שדה ומגמות לאורך זמן כדי לזהות עכירות או השפלה אחרת.
ניתוח הנדסי עבור חישוב ערך U- של מחליף חום PTFE בתנאי תהליך ספציפיים זמין עם הגשת מאפייני הנוזל, מהירות הזרימה, מפרטי הצינור, תנאי הקיטור ונתוני טמפרטורת הפעולה.
