The Diameter-Heat Transfer Relationship
Gufa sem þéttist inni í PTFE varmaskiptaröri myndar þunna filmu af þéttivatni á innri veggnum. Filman rennur meðfram rörinu undir áhrifum þyngdaraflsins og skurðspennu frá gufuflæðinu. Þykkt þessarar filmu ákvarðar innri hitaflutningsstuðulinn-því þykkari sem filman er, því hærra er hitaviðnám milli gufunnar og rörveggsins.
Þykkt filmunnar fer eftir flæðihraða þéttivatnsins, þvermál rörsins og stefnu rörsins. Fyrir tiltekið þéttivatnshleðslu hefur rör með minna þvermál þykkari filmu (þéttivatnið tekur stærra hluta af þversniði-) og lægri innri hitaflutningsstuðul. Rör með stærri þvermál hefur þynnri filmu og hærri stuðul.
Hins vegar hafa rör með stærri þvermál lægri gufuhraða fyrir sama massaflæði, sem dregur úr klippiálaginu sem hjálpar til við að flytja þéttivatnið áfram. Lægri klippiálagið getur leitt til þykkari filmu nálægt rörúttakinu, sem vegur að hluta til á móti þvermálsávinningnum. Ákjósanlegur þvermál rörsins kemur í veg fyrir þessi samkeppnisáhrif.
Útreikningur kvikmyndaþykktar
Fyrir lagskipt þéttiflæði á innri vegg lárétts rörs er filmuþykktin: δ=(3 × μ × Γ / (ρ × (ρ - ρ_v) × g))^(1/3), þar sem μ er seigja þéttivatnsins, Γ er þéttivatnsmassaflæði þéttivatnsins á hverja þéttleiki, ρ_v er gufuþéttleiki og g er þyngdarafl.
Þéttivatnsflæði á hverja breiddareiningu er: Γ=m_cond / (π × D), þar sem m_cond er þéttimassaflæði á rör og D er innra þvermál rörsins. Stærra þvermál dreifir sama þéttivatnsflæðinu yfir stærra jaðar, minnkar Γ og þynnir filmuna.
Fyrir 10 mm innrennslisrör sem ber 1,5 kg/klst. þéttivatn er filmuþykktin við úttak rörsins um það bil 0,15 mm. Fyrir 6 mm ID rör með sömu þéttivatnshleðslu er filmuþykktin um það bil 0,22 mm-50% þykkari. Innri hitaflutningsstuðullinn er í réttu hlutfalli við 1/δ, þannig að minni rörið hefur um það bil 30% lægri innri stuðull.
| Tube auðkenni (mm) | Þéttivatnsálag (kg/klst.) | Filmuþykkt við úttak (mm) | Innri h (W/m²·K) | Hætta á brúun |
|---|---|---|---|---|
| 6 | 1.5 | 0.22 | 1,100 | Miðlungs (lítil þvermál) |
| 8 | 1.5 | 0.17 | 1,400 | Lágt |
| 10 | 1.5 | 0.15 | 1,600 | Lágt |
| 12 | 1.5 | 0.13 | 1,800 | Mjög lágt |
Gildi fyrir lárétt rör, lagskipt filmu, 3 barg mettaða gufu.
Þéttivatnsbrúunaráhættan
Í láréttum rörum rennur þéttivatnið eftir botni rörsins. Ef filmuþykktin verður of stór miðað við þvermál rörsins getur þéttingin brúað rörið-og fyllt allan þverskurðinn á einhverjum tímapunkti. Við það myndast vökvasnikill sem hindrar gufuflæðið og veldur vatnshamri þegar sniglinn er knúinn áfram af gufuþrýstingnum.
Hættan á brúum eykst eftir því sem þvermál rör minnkar og eftir því sem þéttiálag eykst. Fyrir 6 mm innrennslisrör er brúun áhyggjuefni við mikið þéttivatnsálag (yfir u.þ.b. 2 kg/klst. á rör). Fyrir 10 mm innbyggða slöngur er ólíklegt að brúa við dæmigerða þéttivatnshleðslu fyrir varmaskiptaþjónustu (0,5-3 kg/klst. á rör). Mælt er með lágmarks auðkenni röra fyrir lárétt gufuhituð rör er 8 mm til að veita fullnægjandi framlegð gegn brúun.
Hönnunarráðleggingin
Fyrir flestar PTFE-varmaskiptir, veitir 8-10mm rörauðkenni (OD 10-12mm með 1mm vegg) gott jafnvægi á innri hitaflutningi, frárennsli þéttivatns og mótstöðu gegn brúum. Hægt er að nota smærri rör (6 mm ID) fyrir lítið þéttivatnsálag eða lóðrétta stefnu þar sem þyngdarafl hjálpar frárennsli og brú er ekki áhyggjuefni. Stærri rör (yfir 12mm ID) veita betri innri hitaflutning en auka rörkostnað og draga úr yfirborðsþéttleika.
Samantekt
Þvermál rörs hefur áhrif á þykkt þéttifilmu og innri hitaflutningsstuðul í PTFE varmaskipti. Minni þvermál framleiða þykkari filmur og lægri innri stuðla og auka hættuna á þéttingu brúa. Mælt er með 8-10 mm innerta rör fyrir lárétt rör. Lóðrétt rör geta notað minni þvermál vegna þess að þyngdarafl kemur í veg fyrir brú. Besta þvermálið kemur jafnvægi á innri hitaflutning, frárennslisáreiðanleika og yfirborðsþéttleika.
Verkfræðiaðstoð fyrir val á þvermáli PTFE slöngunnar er fáanleg þegar þéttivatnsálag á rör, stefnu rörsins, gufuþrýstingur og nauðsynlegur hitaskylda er skilað inn.
