PTFE 熱交換器内で降伏応力を伴う非ニュートン流体の加熱を最適化するカスタム チューブ バンドルの形状はどれですか?{0}

降伏応力チャレンジ

-降伏応力のある非ニュートン流体-掘削泥水、ポリマー溶液、食品ペースト、および特定の医薬品スラリー-は、臨界せん断応力がかかるまで固体として振る舞います。局所的なせん断応力が降伏応力を超えた場合にのみ、流体が流れます。加熱されたタンクでは、熱交換器のチューブに隣接する流体が十分に加熱されて粘度が低下する可能性がありますが、熱浮力が降伏応力を下回っている場合、加熱された流体は上昇しません。チューブの周りに停滞したままになります。熱伝達は対流から伝導に崩壊します。

自然対流によって連続的な流体の移動が保証されるニュートン流体用に開発された従来の熱交換器の設計は、降伏応力流体においては不十分な性能を発揮します。-チューブの間隔とバンドルの形状は、流体体積全体で降伏応力を超えるせん断応力を生み出し、継続的な循環と均一な加熱を確保するように特別に設計する必要があります。

カスタムのチューブ束形状を備えた PTFE 熱交換器は、自然浮力が最も強いゾーンに加熱面を集中させ、流体循環を導く流路を提供することで、この問題に対処します。

ジオメトリ設計の原則

チューブ束は構造的な対流パターンを作り出すように配置されています。均一なグリッドの代わりに、チューブは垂直の列にグループ化され、列内よりも列間の間隔が広くなります。柱は加熱された煙突として機能します。カラム内の流体は加熱され、粘度が低下し、浮力により上昇流が生じます。カラム間の広いギャップにより、タンク上部ゾーンから下降する冷たい流体の戻り流路が提供されます。

各カラム内のチューブの間隔は、動作温度での降伏応力を超える、隣接するチューブ間の流体にせん断応力が生じるように設定されています。せん断応力は、加熱された流体要素とチューブの表面積にかかる浮力から計算されます。計算されたせん断応力が降伏応力を下回る場合、チューブの間隔が減少してせん断速度が増加します。

流体が最も冷たく降伏応力が最も高いバンドルの底部では、チューブがより密に詰め込まれます。チューブの密度が高くなると、局所的な加熱速度と浮力が増加し、降伏応力を克服して循環を開始するのに役立ちます。流体がより暖かく降伏応力が低いバンドルの上部では、チューブの間隔を広くすることができます。

スタートアップの暖房戦略-

降伏応力流体には、始動時の課題があります。タンク内容物全体が降伏応力を下回っている可能性があり、加熱開始時に循環が発生しません。- PTFE 熱交換器の設計には、始動時の加熱戦略が組み込まれています。-蒸気圧力は最初に制限され、熱劣化を引き起こすことなく流体を局所的に加熱する適度な管壁温度が生成されます。局所的な加熱により、チューブのすぐ周囲の流体の降伏応力が徐々に減少します。

チューブの周囲の十分な量の流体が降伏応力遷移を超えて加熱されると、循環が始まります。循環により、タンク内容物全体が循環するまで加熱ゾーンが徐々に拡大します。その後、蒸気圧力を通常の動作レベルまで高めることができます。このプロセスは、固体の局所的な溶融を解凍し、続いて対流が確立されるまで溶融ゾーンが徐々に拡大することに似ています。

応力流体の収量における PTFE の利点-

PTFE の低い表面エネルギーは、降伏応力流体に特有の利点をもたらします。{0}これらの流体は金属表面に強く付着することが多く、循環の開始を妨げる停滞層を形成します。 -非粘着性 PTFE 表面により粘着力が軽減され、加熱された流体がチューブ表面から剥離し、金属表面に必要な浮力よりも低い浮力で上昇します。循環がより早く開始され、停滞ゾーンがより効果的に排除されます。

まとめ

降伏応力のある非ニュートン流体用のカスタム PTFE 熱交換器チューブ バンドルの形状では、降伏応力を超えるせん断を生成するために狭い柱内間隔を持つ垂直柱を使用します。-バンドル底部のチューブ密度が高くなると、より低温の流体の降伏応力が高くなります。制御されたスタートアップ戦略により、循環が徐々に開始されます。- PTFE の低い表面エネルギーはチューブ表面からの流体の剥離を促進し、対流の早期開始を促進します。

降伏応力流体熱交換器設計のエンジニアリング サポートは、流体レオロジー データ (降伏応力対温度、粘度対せん断速度)、タンク寸法、動作温度範囲、加熱負荷の提出により利用可能になります。{0}