Казна вискозности
Уџбеници за пренос топлоте дају У-процене вредности за воду-попут течности при умереним брзинама. Ове процене не успевају када се примењују на растворе полимера високог -вискозитета-поливинил алкохола, карбоксиметил целулозе или концентроване латекс емулзије- где се вискозитет креће од 100 до 10.000 центипоаза.
У овим течностима Рејнолдсов број је низак. Проток је ламинаран. Термички гранични слој је дебео. Природна конвекција је потиснута. Укупни коефицијент преноса топлоте за ПТФЕ измењивач топлоте може пасти на 50-100 В/м²·К-једну-трећину до једне петине од 280 В/м²·К који се могу постићи водом.
Примена фактора смањења вредности на -у-вредност засновану на води је стандардни приступ дизајну. Али један фактор смањења вредности није довољан јер вискозитет зависи од температуре{3}}. Течност у близини вруће ПТФЕ површине има нижи вискозитет од течности у расутом стању. Ово ствара самопојачавајући ефекат преноса топлоте који једноставан фактор константног смањења снаге не обухвата.
Повратне информације о температури{0}}вискозности
Раствори полимера показују јаку температурну{0}}вискозну зависност. Решење са вискозитетом од 1000 цП на 25 степени може имати вискозитет од само 200 цП на 60 степени -петоструко смањење. Када ова течност дође у контакт са зидом ПТФЕ цеви на 80-100 степени, течност у граничном слоју се загрева на температуру између температуре зида и масе. Његов вискозитет значајно опада. Смањени вискозитет побољшава пренос топлоте у односу на оно што би прорачун који користи вискозитет на великој температури предвидео.
Ова повратна информација о температури{0}}вискозности делимично компензује казну за ламинарни проток. ПТФЕ измењивач топлоте који би изгледао веома мали на основу прорачуна вискозности у расутом стању може да има адекватан учинак јер је загрејана течност граничног слоја много мање вискозна него што се претпоставља.
Тачан фактор смањења вредности узима у обзир овај ефекат. То није фиксни множилац, већ функција односа вискозитета-температуре специфичног раствора полимера.
Табела 1: У-Фактори смањења вредности за ПТФЕ измењиваче топлоте у течностима високог-вискозитета
| Вискозитет течности при радној температури (цП) | Температура{0}}Осетљивост на вискозитет | Препоручена У-вредност (В/м²·К) | Фактор смањења вредности у односу на воду (280 В/м²·К) | Напомене |
|---|---|---|---|---|
| 1-10 (као вода) | Ниско | 250-280 | 0.9-1.0 | Занемарљива казна вискозности |
| 10-50 | Умерено | 180-240 | 0.65-0.85 | Благи ламинарни ефекти |
| 50-200 | Умерено-Висока | 120-180 | 0.43-0.65 | Доминантан ламинарни ток |
| 200-500 | Високо | 80-130 | 0.29-0.46 | Снажна повратна информација о{0}}вискозности температуре |
| 500-2,000 | Високо | 60-100 | 0.21-0.36 | Значајне повратне информације; агитација је веома корисна |
| 2,000-10,000 | Врло високо | 40-70 | 0.14-0.25 | Неопходно је механичко мешање; природна конвекција занемарљива |
U-values assume moderate mechanical agitation (impeller Reynolds >100). За мирне течности, смањите У-вредности за 30-50%.
Мултипликатор агитације
У течностима високог{0}}вискозитета, природна конвекција је слаба или је нема. Пренос топлоте се у потпуности ослања на принудну конвекцију услед механичког мешања. Без мешања, загрејани слој течности око ПТФЕ цеви стагнира. Пренос топлоте пада на ограничене брзине{4}}проводљивости.
У-вредности у табели претпостављају адекватно механичко мешање. За резервоаре без механичког мешања, У-вредности треба смањити за додатних 30-50%. Дизајн измењивача топлоте ПТФЕ мора да садржи спецификације за мешање као саставни део термичког димензионисања.
За течности са вискозитетима изнад 2000 цП, механичко мешање није обавезно-већ је услов за постизање корисних брзина преноса топлоте. Снага мешалице и дизајн радног кола треба да буду специфицирани заједно са површином измењивача топлоте.
Маргина величине за несигурност
Подаци о вискозности за полимерне растворе се често мере на неколико дискретних температура и екстраполирају. Екстраполација уноси несигурност у израчунавање У-вредности. Конзервативна маргина величине од 15-25% додатне површине препоручује се за апликације где је квалитет података о вискозности неизвестан.
Пилот{0}}тест преноса топлоте са стварним процесним флуидом, ако је изводљиво, пружа најпоузданије податке о У-вредности. Тест користи мали ПТФЕ калем уроњен у узорак процесне течности, са измереним уносом топлоте и температурним одзивом. Резултујућа У-вредност је скалирана на измењивач пуне-размењивача без умањења несигурности.
Резиме
ПТФЕ размењивачи топлоте који раде у растворима полимера високог{0}}вискозитета захтевају факторе смањења вредности У-од 0,14 до 0,85 у односу на пројектоване вредности засноване на води-у зависности од вискозитета и температурне осетљивости. Ефекат повратне информације о температури{6}}вискозности у загрејаном граничном слоју делимично компензује казну ламинарног тока.
Механичко мешање је неопходно за користан пренос топлоте у флуидима изнад 500 цП. Марге величине од 15-25% представљају несигурност података о вискозности. За критичне примене, тестирање преноса топлоте на пилот скали елиминише несигурност смањења снаге.
Инжењерска анализа за димензионисање ПТФЕ измењивача топлоте у специфичним апликацијама високог{0}}вискозитета је доступна након подношења података о температури вискозитета-течности, опсегу радне температуре, методи и интензитету мешања и потребном топлотном раду.
