Проблема длинного потока в резервуаре
Длинные узкие резервуары,-типичные для непрерывного нанесения покрытия, обработки проволоки и автоматизированных линий печатных плат,-страдают от короткого-замыкания. Технологическая жидкость, поступающая с одного конца, течет непосредственно к выходу на противоположном конце, не смешиваясь полностью по ширине резервуара. Профиль скорости неоднороден-однороден. Нагрев не-неравномерный. Качество обработки или покрытия варьируется в зависимости от ширины изделия.
В традиционных решениях используются отдельные перегородки-вертикальные пластины, проходящие по ширине резервуара-, чтобы перенаправить поток и способствовать перемешиванию. Эти перегородки занимают объем резервуара, увеличивают стоимость и усложняют очистку резервуара.
Теплообменник из ПТФЭ, спроектированный с соответствующей геометрией и жесткостью конструкции, может служить как источником тепла, так и -перегородкой, направляющей поток. Пучок труб, расположенный в вертикальной плоскости, перпендикулярной направлению потока, действует как частичная перегородка, а его большая площадь поверхности обеспечивает равномерный нагрев. Один узел выполняет две функции, уменьшая сложность резервуара и освобождая объемы для производства.
Требования к конструкции с двойной-функцией
Чтобы функционировать в качестве структурной перегородки, пучок труб из ПТФЭ должен проходить по всей ширине резервуара и значительной части глубины резервуара. Сетка трубок расположена в вертикальной плоскости с несколькими рядами и столбцами трубок. Расстояние между трубками определяет сопротивление потоку перегородки: меньшее расстояние увеличивает отклонение потока и падение давления; более широкое расстояние обеспечивает больший сквозной-поток и уменьшает эффект перегородки.
Оптимальное расстояние между трубками уравновешивает функцию перегородки (перенаправление потока), функцию нагрева (увеличение поверхности теплопередачи) и перепад давления (который влияет на энергию перекачки). Вычислительный гидродинамический анализ конкретной геометрии резервуара определяет расстояние, при котором достигается желаемая картина потока при соблюдении режима обогрева.
Опорная конструкция теплообменника с перегородочной-функцией должна выдерживать гидродинамические силы перенаправленного потока. Поток создает распределенную нагрузку на пучок труб, которая передается через трубы на опорную раму и, в конечном итоге, на стенки или дно резервуара. Конструкция опоры более надежна, чем стандартная погружная катушка, и включает дополнительные поперечные-распорки и точки крепления.
Таблица 1. Параметры конструкции теплообменника/перегородки из ПТФЭ двойного-функционального исполнения (резервуар длиной 6 м, шириной 1 м и глубиной 1,5 м)
| Проектный параметр | Только отопление-Дизайн | Обогрев + конструкция перегородки | Обоснование дизайна |
|---|---|---|---|
| Ориентация сетки труб | Горизонтально (сетка пола) | Вертикально (поперек-плоскости танка) | Вертикальная ориентация действует как барьер для потока. |
| Количество блоков перегородок/обменников | 1 (конец или центр) | 2-3 (равномерно распределены по длине резервуара) | Множественные перегородки создают извилистый путь потока |
| Расстояние между трубами (по вертикали × по горизонтали, мм) | 25 × 25 | 20 × 20 (плотнее для эффекта перегородки) | Меньшее расстояние увеличивает отклонение потока |
| Покрытие сетки сечения-резервуара (%) | 60-70% (площадь помещения) | 80-90 % (площадь поперечного сечения) | Больший охват для эффективного подавления |
| Поддержка конструкции рамы | Легкий; выдерживает собственный-вес | Крепкий; выдерживает гидродинамическую нагрузку | Силы потока могут превышать собственный-вес |
| Точки крепления рамы | 2-4 (край резервуара или пол) | 4-8 (стенки и пол резервуара) | Переносит нагрузку от перегородки на конструкцию резервуара |
| Толщина стенки трубы (мм) | 1.0 (стандарт) | 1,2-1,5 (увеличено для жесткости) | Уменьшает прогиб трубы под нагрузкой потока |
| Падение давления на агрегате (Па) | < 50 | 100-300 | Приемлемое увеличение для улучшения смешивания |
Расчет гидродинамической нагрузки
Сила потока на трубном пучке рассчитывается на основе динамического давления набегающего потока и коэффициента сопротивления трубной решетки. При скорости поперечного -потока 0,3 м/с в типичном гальваническом резервуаре динамическое давление составляет примерно 50 Па. Сила сопротивления одной 10-миллиметровой трубки при этой скорости составляет примерно 0,15 Н на метр длины трубки.
Для перегородочной решетки с 40 трубками на квадратный метр поперечного сечения-общая распределенная нагрузка составляет примерно 6 Н/м² площади лицевой поверхности перегородки. Эту скромную нагрузку легко выдерживает решетка из трубок из ПТФЭ. Однако нагрузка является постоянной, а циклический-поток меняется в зависимости от скорости насоса и производительности-поэтому конструкция опоры должна учитывать не только статическую прочность, но и усталость.
Опорная рама включает в себя элементы конструкции из ПТФЭ или ПВДФ, рассчитанные на расчетные нагрузки с коэффициентом запаса прочности 3 по пределу текучести при максимальной рабочей температуре. В соединениях рамы с конструкцией резервуара используются крепежи с изоляцией из ПТФЭ-для предотвращения гальванической коррозии.
Тепловые и потоковые характеристики
Конструкция с двойной-функцией обеспечивает более равномерный нагрев, чем стандартная напольная-решетка, поскольку вертикальная ориентация перегородки заставляет технологическую жидкость течь через пучок труб, а не подниматься над ним. Каждый элемент жидкости проходит вблизи нагретой поверхности трубы. Конфигурация поперечного-потока обеспечивает более высокий коэффициент внешней теплопередачи, чем естественная конвекция, которая преобладает в резервуарах без перегородок.
Компромисс- – увеличение энергии накачки для преодоления перепада давления на каждой перегородке. Для большинства применений в резервуарах с низкоскоростным-покрытием перепад давления составляет 100-300 Па на перегородку-что эквивалентно 10–30 мм водяного столба, а дополнительная энергия накачки незначительна.
Краткое содержание
Теплообменник из ПТФЭ, выполненный в виде структурной перегородки, сочетает в себе нагрев и направление потока в одном узле. Вертикальная трубчатая решетка охватывает поперечное-сечение резервуара, перенаправляя поток во избежание короткого-замыкания и одновременно обеспечивая равномерный нагрев по всей глубине резервуара. Уменьшенное расстояние между трубками, прочная опорная рама и увеличенная толщина стенок трубок позволяют адаптировать стандартную конструкцию теплообменника из ПТФЭ к требованиям двойной-функции.
Интегрированная конструкция уменьшает сложность резервуара, высвобождает объемы производства и улучшает как тепловые, так и гидравлические характеристики по сравнению с отдельными системами отопления и перегородок.
Техническая поддержка для конструкции теплообменника/перегородки из ПТФЭ с двойной- функцией доступна после предоставления размеров резервуара, скорости потока, конфигурации перемешивания, мощности нагрева и желаемой схемы потока.
