Wrth fesur maint cragen-a-cyfnewidydd gwres tiwb, mae cyfrifiad ochr y tiwb yn syml. Mae'r ochr gragen, fodd bynnag, yn cyflwyno cymhlethdodau gyda threfniadau baffl a ffrydiau gollyngiadau a all newid y perfformiad a ragwelir yn sylweddol. Ar gyfer peirianwyr sy'n gweithio gydag offer fflworopolymer, mae'r her yn dod yn fwy cynnil fyth wrth geisio cyfrifo cyfernod trosglwyddo gwres ochr cragen mewn systemau sy'n defnyddio tiwbiau PTFE.
Pam Shell-Materion Ochr
Mae cyfernod trosglwyddo gwres ochr y gragen yn cynrychioli gallu'r hylif sy'n llifo ar draws y tu allan i'r tiwbiau i gyfnewid gwres â wal y tiwb. Mae'r cyfernod hwn yn chwarae rhan hanfodol wrth bennu'r cyfernod trosglwyddo gwres cyffredinol (gwerth U{-), sy'n rheoli cyfanswm perfformiad y cyfnewidydd.
Mewn cyfnewidwyr gwres PTFE, mae'r paramedr hwn yn dod yn arbennig o bwysig. Mae gan PTFE ddargludedd thermol isel o tua 0.25 W/m·K, sy'n cyflwyno gwrthiant sylweddol o fewn wal y tiwb ei hun. O ganlyniad, rhaid gwerthuso cyfernodau ffilm ochr y tiwb a'r cragen yn ofalus, gan na all y naill ochr na'r llall wneud iawn yn llawn am drosglwyddo gwres gwael ar y llall.
Gwelir yn aml, hyd yn oed pan fydd perfformiad ochr y tiwb wedi'i optimeiddio, gall trosglwyddiad gwres ochr y cragen annigonol gyfyngu ar effeithlonrwydd cyffredinol.
Trosolwg o'r Dull Kern
Ymagwedd gyffredin a ddefnyddir mewn dylunio rhagarweiniol yw'r dull Kern, sy'n darparu ffordd ymarferol o amcangyfrif cyfernod trosglwyddo gwres ochr y gragen ar gyfer cyfnewidwyr â bafflau segmentol. Mae'r dull hwn yn arbennig o berthnasol pan fo'r toriad baffle tua 25%, cyfluniad safonol mewn llawer o ddyluniadau diwydiannol.
Mae dull Kern yn symleiddio'r patrymau llif cymhleth ar ochr y gragen trwy drin yr hylif fel un sy'n llifo ar draws bwndel o diwbiau mewn trefniant croeslif. Er nad yw'n dal yr holl effeithiau gollyngiadau a ffordd osgoi, mae'n cynnig brasamcan rhesymol ar gyfer-cyfrifiadau cam cynnar.
I gyfrifo cyfernod trosglwyddo gwres ochr cregyn gan ddefnyddio'r dull Kern, mae angen nifer o baramedrau allweddol:
Diamedr cragen
Cynllun bwndel tiwb a thraw
Baffl bylchiad a thorri
Priodweddau hylif (dwysedd, gludedd, dargludedd thermol)
Cyfradd llif màs
O'r mewnbynnau hyn, mae diamedr cyfatebol yn cael ei bennu, wedi'i ddilyn gan rif Reynolds a rhif Prandtl ar gyfer hylif ochr y plisgyn. Yna defnyddir y niferoedd di-dimensiwn hyn mewn cydberthnasau empirig i amcangyfrif y cyfernod trosglwyddo gwres darfudol.
Yn ymarferol, mae'r dull yn cynhyrchu gwerthoedd sy'n ddigon cywir ar gyfer maint cychwynnol, yn enwedig pan nad oes offer cyfrifiannol manwl ar gael.
Enghraifft Gysyniadol
Ystyriwch achos symlach lle mae dŵr yn cael ei gynhesu ar ochr y gragen tra bod stêm gwasgedd isel yn cyddwyso y tu mewn i diwbiau PTFE. Tybiwch y canlynol:
Hylif ochr cregyn: dŵr ar dymheredd cymedrol
Trefn llif: turbulent crossflow
Amcangyfrif o nifer Reynolds: ~10,000
Gan ddefnyddio cydberthyniadau Kern safonol, gallai cyfernod trosglwyddo gwres ochr y gragen ddisgyn yn yr ystod 800–1500 W/m²·K ar gyfer y math hwn o wasanaeth.
Fodd bynnag, mae'n werth nodi bod y gwerth hwn yn cynrychioli'r gwrthiant ochr hylif yn unig. O'i gyfuno â dargludedd cymharol isel PTFE, bydd gwerth cyffredinol U-yn sylweddol is na gwerth cyfnewidydd metelaidd tebyg.
Addasu ar gyfer PTFE
Effaith Dargludedd Thermol Isel
Mae PTFE yn cyflwyno her unigryw mewn dylunio thermol. Hyd yn oed os yw cyfernod ochr y gragen yn gymharol uchel, gall gwrthiant wal y tiwb PTFE ddominyddu'r broses trosglwyddo gwres gyffredinol.
Mae hyn yn golygu ei bod yn bosibl na fydd gwella cynnwrf ochr y gragen yn unig yn arwain at enillion cymesurol mewn perfformiad.
Ystyriaethau Cywiro
Wrth gymhwyso'r dull Kern i gyfnewidwyr PTFE, ystyrir cywiriad neu addasiad yn aml yn ystod gwerthusiad dylunio. Er bod y cydberthynas Kern eu hunain yn parhau i fod yn ddilys ar gyfer llif hylif, rhaid dehongli'r cyfernod canlyniadol yng nghyd-destun y rhwydwaith ymwrthedd thermol llawn.
Mae dull cyffredin yn cynnwys:
Gwerthuso gwrthiant y wal ar wahân yn seiliedig ar drwch PTFE
Gan ei gyfuno â chyfernodau ochr -ochr a thiwb-cragen
Asesu a yw cynyddu cyflymder llif neu leihau trwch wal yn cynnig gwelliant ystyrlon
Mae profiad maes yn dangos y gall dibynnu ar gydberthynas safonol yn unig heb gyfrif am eiddo PTFE arwain at oramcangyfrif perfformiad cyfnewidwyr.
Sylwadau Ymarferol
Yn ymarferol, gwelir yn aml bod cyfnewidwyr gwres PTFE angen ardaloedd arwyneb mwy o gymharu ag unedau metelaidd i gyflawni'r un ddyletswydd. Mae hyn yn ganlyniad uniongyrchol i nodweddion inswleiddio'r deunydd.
Yn ogystal, gall ymdrechion gormodol i gynyddu-cyfernodau ochr-cregyn-megis drwy leihau bylchau baffl-gyflwyno gostyngiadau pwysedd uwch heb sicrhau manteision thermol cymesurol.
Amrediadau Cyfernod Trosglwyddo Gwres Ochr nodweddiadol Shell
| Math o Wasanaeth | Cyfernod Ochr Nodweddiadol-Shell (W/m²·K) |
|---|---|
| Hylif - Hylif | 500–1500 |
| Nwy - Hylif | 100–500 |
| Anwedd Cyddwyso | 1500–5000 |
Mae'r ystodau hyn yn darparu cyfeiriad cyffredinol ar gyfer gwerthuso gwerthoedd a gyfrifwyd. Mae perfformiad gwirioneddol yn dibynnu ar geometreg, amodau llif, a phriodweddau hylif.
Casgliad
Mae'r gallu i gyfrifo cyfernod trosglwyddo gwres ochr cregyn yn hanfodol ar gyfer dyluniad effeithiol cyfnewidwyr gwres PTFE. Mae dull Kern yn cynnig dull ymarferol a dderbynnir yn eang ar gyfer amcangyfrif y paramedr hwn mewn systemau â bafflau segmentol, yn enwedig yn ystod maint rhagarweiniol.
Fodd bynnag, mae dargludedd thermol isel PTFE yn cyflwyno ymwrthedd ychwanegol y mae'n rhaid ei gyfrif yn ofalus. Er bod cyfernod ochr y gragen yn parhau i fod yn ffactor pwysig, mae perfformiad cyffredinol yn dibynnu ar effaith gyfunol ffilmiau hylif a dargludiad wal.
Ar gyfer dilysu dyluniad terfynol, mae dibynnu ar ddata gwneuthurwr neu fodelu uwch yn aml yn fuddiol, yn enwedig mewn cymwysiadau sy'n cynnwys cemegau ymosodol neu ymylon thermol tynn. Mae maint thermol cywir yn sicrhau bod y cyfnewidydd yn bodloni gofynion y broses heb arwynebedd gormodol na chost ddiangen.
