Kāda ir iekšējās caurules piesārņojuma ietekme uz cauruli{0}}PTFE apmaiņas sānu konvektīvās siltuma pārneses koeficients?

Kad gludā PTFE caurulē pirmo reizi sāk veidoties plāna mēroga kārtiņa, siltuma pārneses koeficients var izturēties nedaudz paradoksāli. Ļoti īsu laiku siltuma veiktspēja var pat nedaudz palielināties. Sākotnējais piesārņojuma slānis ir nedaudz raupjš, un tas iznīcina parasti gludo robežslāni gar caurules sienu, radot turpmāku turbulenci un palielinot šķidruma sajaukšanos. Šis īsais ieguvums tomēr ir īslaicīgs. Palielinoties nogulsnes biezumam, piesārņojuma slāņa izolācijas efekts dominē pār jebkuru turbulences radīto priekšrocību, un apmaiņas siltummaiņa siltuma pārneses rādītāji sāk nepārtraukti samazināties.

Tāpēc saistība starp caurules piesārņojuma efekta konvekcijas koeficientu un PTFE apmaiņas veiktspēju nav vienkārša lineāra degradācija. Netīrumi veidojas ar laiku, sākotnēji kā raupjuma pastiprinātājs un galu galā kā dominējoša termiskā barjera.

Kas notiek Teflon® caurules iekšpusē?
PTFE siltummaiņa siltuma veiktspēju nosaka virkne pretestību šādi.

Siltumam jāiet cauri:

Caurules -sānu šķidruma robežslānis

Jebkurš piesārņojums nogulsnējies

PTFE caurules siena

Šķidruma robežslānis apvalka pusē

Viss siltummaiņa siltuma pārneses koeficients ir balstīts uz kopējo termisko pretestību, ko parasti sauc par U-vērtību.

Pieaugot piesārņojumam, sistēmai tiek pievienots papildu pretestības termins.

Šī pretestība sākumā var būt ļoti neliela. Taču virsmas raupjuma ietekme īslaicīgi var būt ievērojama.

Kāpēc neliels piesārņojums var uzlabot siltuma pārnesi
Pati PTFE caurule ir diezgan gluda. Zemais virsmas raupjums samazina spiediena kritumu, kā arī nosēdumu saķeri, tomēr gludas virsmas dažos plūsmas apstākļos var arī uzturēt diezgan stabilu lamināru robežslāni.

Iekšējās virsmas faktūra tiek mainīta, kad veidojas ļoti plāns piesārņojuma slānis.

Mikroskopiski nelīdzenumi sāk parādīties šķidruma plūsmā un izraisa nelielus traucējumus pie sienas. Šie traucējumi ietver

Pievienojiet vietējos traucējumus

Izjaukt termisko robežslāni

Uzlabota radiālā šķidruma sajaukšana

Uzlabojiet siltuma pārnesi starp sienu un šķidrumu

Piesārņošanās īslaicīgi apmāna sensorus, jo siltummainis var norādīt uz pārejošu plato vai pat nelielu šķietamās termiskās veiktspējas pieaugumu.

Šī ietekme ir visredzamākā, ja:

Plūsma sākumā ir lamināra

Reinoldsa skaitļi tuvu pārejai

Sākotnējā PTFE virsma ir ļoti gluda.

Piesārņojuma biezums joprojām ir ļoti plāns

Šī agrīnās stadijas raupjuma ietekme uz raupjām metāla caurulēm bieži ir mazāk izteikta, jo bāzes līnijas virsmas faktūra jau ir turbulenta.

Nelīdzenuma ietekme uz konvektīvo siltuma pārnesi
Virsmas raupjuma ietekme uz siltuma pārnesi ir tieši saistīta ar šķidruma berzes uzvedību.

Turbulentās plūsmas analīzē raupjums ietekmē:

Berzes koeficients

Robežslāņa stabilitāte

Impulsa pārnešana.

Siltuma pārneses uzlabošana

Tie paši faktori, kas uzlabo berzes sajaukšanos, ietekmē arī konvektīvo siltuma pārnesi.

Šīs attiecības atspoguļojas līdzībās starp berzes koeficientu un siltuma pārneses koeficientu klasiskajā transporta teorijā.

Tāpēc nedaudz raupja virsma dažās darbības situācijās var palielināt caurules{0}}puses konvekcijas siltuma pārneses koeficientu.

Tomēr šī pozitīvā ietekme ir tikai pārejoša, jo piesārņojošā slāņa elektriskā pretestība ar laiku turpina pieaugt.

Kad netīrumi norisinās
Biezējošā piesārņojuma nogulsnes izolācijas īpašības kļūst arvien kritiskākas.

Kopumā pašai nogulsnei ir zema siltumvadītspēja, salīdzinot ar šķidruma un apmaiņas materiāliem. Tātad siltumam ir jāiziet cauri vēl vienam izolācijas slānim, lai tas varētu piekļūt lielajam šķidrumam.

Galu galā jebkuru turbulences ieguvumu aizēno papildu biezuma siltuma sods.

Rezultāti ir:

Samazināta kopējā U vērtība

Zemāks siltuma pārneses ātrums

Lielāka temperatūras pieeja

Termiskā reakcija lēnāka

Lielāka procesa nestabilitāte

Šajā brīdī siltummainis iekļaujas labi zināmajā ilgtermiņa piesārņojuma pasliktināšanās tendencē, kas novērota rūpnieciskajās sistēmās.

Izturība pret piesārņojumu kā pārejošs process
Netīrumu uzkrāšanās reti notiek vienmērīgā ātrumā.

Daudzās sistēmās piesārņojuma pretestība notiek pēc asimptotiskas līknes:

Ātra sākotnējā izveide{0}}

Lēnāka uzkrāšanās-ilgtermiņā

galu galā stabilizācija līdz līdzsvaram

Šīs agrīnās izmaiņas bieži vien ir lielākās relatīvās virsmas raupjuma un plūsmas traucējumu izmaiņas.

Tad nogulsnes sabiezē un sabiezē, un turpmāko augšanu kavē bīdes spēki un daļējas atdalīšanas mehānismi.

Šī netīrumu pretestības asimptotiskā izturēšanās var izskaidrot, kāpēc siltummainis sākumā var izskatīties stabils, bet ilgu darbības periodu laikā pakāpeniski zaudē termisko efektivitāti.

Kāpēc PTFE apmainītājiem ir neparasta piesārņojuma uzvedība?
PTFE apmainītājiem ir dažas īpašības, kas ietekmē piesārņojuma dinamiku citā veidā, salīdzinot ar metāla sistēmām.

Sākotnējā virsma ir ārkārtīgi gluda
Salīdzinot ar daudziem metāliskiem siltummaiņa materiāliem, neapstrādātas PTFE virsmas ir ļoti gludas.

Šis zemais bāzes nelīdzenums rada diezgan būtiskas efektīvas virsmas faktūras izmaiņas no niecīga mēroga.

Tādējādi sākumposma nelīdzenuma uzlabošanas efekts ir redzamāks{0}}.

Zemas virsmas enerģijas
PTFE nepiedegošās īpašības ir izturīgas pret spēcīgu nosēdumu pielipšanu.

Daži piesārņojuma slāņi tāpēc paliek mīkstāki vai mazāk mehāniski stabili nekā nogulsnes, kas veidojas uz metāla caurulēm.

Samazināta siltumvadītspēja
PTFE jau ir labāka sienu pretestība nekā metāliem, piemēram, nerūsējošajam tēraudam vai titānam.

Līdz ar to papildus pretestība netīrumiem ir salīdzinoši svarīgāka visā siltumizturības tīklā.

Darbības samazināšanās var būt īpaši acīmredzama, ja piesārņojums ir ļoti biezs.

U vērtības ilgtermiņa lejupslīdes tendence
Īstermiņa nelīdzenuma-efekts ir pozitīvs, savukārt ilgtermiņa-piesārņojuma veiktspējai vienmēr ir negatīvs virziens.

ar joprojām ieplūstošiem noguldījumiem:

Caurules diametra samazināšana

Izmaiņas plūsmas sadalījumā

spiediena samazināšanās palielinājās

Paaugstinās termiskā pretestība.

Siltummaiņa efektivitāte samazinās

Augstākās piesārņojuma stadijās procesa kontrole var būt problemātiska, jo ar siltuma pārneses ātrumu darbībai vairs nepietiek.

Pēc tam apmainītājam var būt nepieciešams:

Ķīmiskā tīrīšana

Mehāniskā tīrīšana

Cauruļu nomaiņa

Plūsmu optimizācija

Procesu ķīmijas skaņošana

Bez iejaukšanās hronisks piesārņojums galu galā var izraisīt neatgriezenisku veiktspējas samazināšanos.

Regulāras tīrīšanas nozīme
"Netīrumi ir pakāpenisks process, tāpēc regulāra uzraudzība ir svarīga.

Parasti izsekojamie rādītāji ietver:

U{0}}vērtības samazināšana

Paaugstināts spiediena kritums

Samazināta izejas temperatūras veiktspēja

Pagarināti apkures periodi procesos

Parasti tīrīšanu labāk veikt saskaņā ar profilaktisko grafiku, nevis gaidīt, kamēr uzkrāsies liels piesārņojums.

PTFE apmainītājiem tīras cauruļu virsmas palīdz uzturēt abus:

Līdzsvara stāvokļa konvektīvā siltuma pārnese

Hidraulika zema pretestība

Mērķis ir ne tikai notīrīt biezās nogulsnes, bet arī izvairīties no pārejas no neliela nelīdzenuma uzlabošanās uz ievērojamu siltumizolāciju.

Piesārņojums: dinamisks termiskais fenomens
Saistība starp konvektīvā koeficienta PTFE siltummaini un caurules piesārņojuma efektu parāda, ka piesārņojums būtībā ir dinamisks un nav statisks.

Sākotnējās stadijās var īslaicīgi uzlabot turbulenci un siltuma pārnesi. Bet laika gaitā nogulsnes izolējošās īpašības dominē sistēmas darbībā.

Šī dualitāte sarežģī piesārņojuma analīzi vairāk nekā tikai pieņēmums par nepārtrauktu lineāru kritumu.

Īstermiņa mērījumi bieži var būt maldinoši, ja siltummainis atrodas pārejas nelīdzenuma{1}}uzlabošanas fāzē.

Tomēr ilgtermiņa termiskās tendences liecina par pastāvīgu tendenci pieaugt sodam nogulšņu uzkrāšanās dēļ.

Secinājums.
Iekšējam cauruļu aizsērējumam PTFE siltummainī ir sarežģīta un no laika atkarīga ietekme uz konvektīvās siltuma pārneses veiktspēju. Sākotnēji ļoti mazs piesārņojums var īslaicīgi uzlabot caurules -puses konvekcijas siltuma pārneses koeficientu, raupjot citādi gludo PTFE virsmu un nedaudz palielinot turbulenci.

Šis sākotnējais uzlabojums ir īslaicīgs{0}}. Piesārņojuma biezums palielinās, nogulsnes kļūst par pamanāmāku termisko pretestību, un kopējā U-vērtība pakāpeniski samazinās. Tāpat kā nelīdzenums īslaicīgi palielina turbulenci, tas galu galā kļūst par izolējošu barjeru siltuma kustībai.

Caurules piesārņojuma efekta konvektīvā koeficienta PTFE siltummaiņa uzvedība norāda, ka piesārņojums nav vienkārša bināra situācija, bet gan nepārtraukts termiskais process. Neliels aptuvens apmērs var kādu laiku maldināt operatoru, taču ilgstoša siltummaiņa efektivitāte galu galā ir tīru iekšējo cauruļu virsmu funkcija. Tas, kas sākas kā ērts raupjums, kļūst par izolējošu segu.