Minimum Akış Baypas Hızını Korumak amacıyla Belirli Bir Tankın Bölme Aralığı için Doğru PFA Isıtıcı Çapı Nasıl Seçilir?

Bölmeli tanklar karıştırma, kimyasal reaksiyonlar ve ısı iletimi için kullanılır ve bölme ile tank duvarı arasındaki boşluk bir akış bypass kanalı sağlar. Isı transferini sağlamak ve bölgesel aşırı ısınmayı önlemek için, eğer bu kanala bir PFA ısıtıcı takılıysa akış hızı ısıtıcıyı geçecek kadar yüksek olmalıdır. Su hizmeti için, PFA ısıtıcılarının, PFA yüzey sıcaklığını normal watt yoğunluklarında (3-5 W/cm2) yığın akışkanın 10 derece yakınında tutmak için minimum 0,3-0,5 m/s akış bypass hızına sahip olması gerekir. Belirli bir saptırma aralığı için (saptırma kenarı ile tank duvarı arasındaki mesafe), ısıtıcı çapı, ısıtıcı etrafındaki baypas kanalının kesit alanı hızı koruyacak kadar büyük olacak şekilde seçilmelidir. Kural: Isıtıcının dış çapı, bölme aralığı genişliğinin %50'sine eşit veya bundan az olmalıdır. Isıtıcının maksimum dış çapı, bölmeler arasında 100 mm'lik bir boşluk için 50 mm'dir. 50 mm'lik bir aralık için maksimum ısıtıcı dış çapı 25 mm'dir. Akış, daha büyük ısıtıcılar tarafından daraltılır, bu da hızı düşürür ve aşırı ısınmaya neden olur.

Akış bypass hızının hesaplanması
Bölme aralığındaki hız v=Q / A'dır; Q, karıştırıcıdan veya devridaim pompasından gelen hacimsel akış hızıdır ve A, boşluğun ısı eşanjörü tarafından işgal edilmeyen kesit alanıdır. W=toplam boşluk genişliği, D=ısıtıcı dış çapı, H=tank yüksekliği (tamamen suya daldırıldığı varsayılır). Serbest alan A _free=(W - D) × H'dir. D, W'ye yaklaştığında, A_free 0'a yaklaşır ve hız önemli ölçüde azalır. v 0,3 m/s'den büyük veya eşit için A_free, Q / 0,3'ten büyük veya eşit olmalıdır. Q=0.05 m3/s (3 m3/dak), H=2 m sağlayan karıştırıcılı tipik bir tank için gerekli A serbest=0.05 / 0.3=0.167 m2. O halde (W - D) x 2=0.167. Dolayısıyla W - D=0.0835 m=83.5 mm. G=150 mm ise, maksimum D=150 - 83.5=66.5 mm. 65 mm ısıtıcı yeterli olacaktır. G=100 mm ise maksimum D=100-83.5=16.5 mm-çok mütevazı bir ısıtıcıdır. Bu durumda ısıtıcıyı bölme boşluğuna yerleştirmek mümkün değildir, hareket ettirilmesi gerekir.

Doğal konveksiyon tankları durumunda (pompa yok, karıştırıcı yok) akış hızı kaldırma kuvveti ile oluşturulur. Bir ısıtıcı boyunca maksimum hız artışı yaklaşık v=√(2 × g × × ΔT × L) olup, burada g=9.81 m/s2, termal genleşme katsayısıdır (su için 0,0004/ derece), ΔT ısıtıcı yüzeyi ile hacim arasındaki sıcaklık farkıdır (10 derece) ve L ısıtıcı uzunluğudur (1 m). v=√(2 × 9,81 × 0,0004 × 10 × 1)=√(0,0785)=0.28 m/s-minimum. Bu hızı herhangi bir şekilde azaltırsanız aşırı ısınma riskiyle karşı karşıya kalırsınız. Doğal konveksiyon için, boğulmayı önlemek amacıyla ısıtıcı çapı, bölme aralığı genişliğinin %30'una eşit veya daha az olmalıdır.

Isıtıcı Çapı vs. Bölme Boşluğu Seçim Tablosu
Baffle Gap Width (mm) Flow Type Minimum Required v (m/s) Max Heater OD (mm) for v >= dkÖnerilen Isıtıcı Dış Çapı (mm) Açıklamalar
50 Zorlamalı (pompa, karıştırıcı) 0.3 25 20–25 Sıkı ama uygulanabilir 50 Doğal konveksiyon 0.25 15 12–16 Çok küçük ısıtıcı
75 Zorunlu 0.3 40 32–38 İyi 75 Doğal 0.25 22 20-25 Kabul edilebilir 100 Zorunlu 0.3 58 50 Standart 100 Doğal 0.25 30 25 OK 125 Zorunlu 0.3 83 75 büyük ısıtıcı mümkün 150 Zorunlu 0.3 108 100 Büyük tanklar için tipik
200 Zorunlu 0.3 158 150 Birden fazla ısıtıcıya sığabilir
Büyük Boy Isıtıcının Bölme Alanındaki Etkileri
Isıtıcının çapı saptırma aralığı için çok büyükse (zorlanmış akış için D > 0,6 × W, doğal konveksiyon için D > 0,3 × W) üç sorun yaratır:

Akış durgunluğu: Hız 0,2 m/s'nin altına düşüyor. Isı transfer katsayısı h 500 – 1 000 W/m 2 K'den 100 – 300 W/m 2 K'ye düşürülür. Sabit watt yoğunluğu ile PFA yüzey sıcaklığı 20-50 derece artar.

Lokalize aşırı ısınma: En sıcak nokta ısıtıcının aşağı akışıdır (arka planda) Giriş ve çıkış sıcaklık farkı 20–30 dereceye kadar çıkabilir, bu da tekdüze olmayan- termal strese yol açar.

2.2 Hızlandırılmış kireçlenme Düşük hız, parçacıkların ve kabarcıkların ısıtıcıya yapışmasına izin vererek kireç ve biyofilm oluşumuna neden olur. Terazide daha da fazla ısı transferi kaybı yaşanır ve bu da pozitif bir geri besleme döngüsü oluşturur.

Bir bölme boşluğundaki devasa bir ısıtıcının saha incelemesi kesin bir model gösteriyor; aşağı tarafta sarımsı veya kahverengi PFA, beyaz pul birikintileri. Yukarı akış tarafı normal görünebilir. Bu deseni görüyorsanız ısıtıcınız boşluğa göre fazla büyük demektir.

Boşluk Çok Küçük Olduğunda Kurulum Seçenekleri
İhtiyaç duyulan ısıtıcı çapı, bölme boşluğunda izin verilen maksimumdan daha büyükse aşağıdaki çözümler önerilir:

Isıtıcının yerini değiştirin: Isıtıcıyı tankın ortasına (bölmelerden uzağa) veya bir devridaim döngüsüne yerleştirin. Merkez montajındaki akış hızı genellikle bölme boşluklarından daha yüksektir.

Çok sayıda küçük ısıtıcı kullanın Bir adet 50 mm'lik ısıtıcı yerine iki adet 25 mm'lik ısıtıcı kullanın. Daha küçük ısıtıcıların her biri daha düşük akış sınırlamasına sahiptir, ancak genel yüzey alanı (ve güç) aynı olabilir.

bölme boşluğunu artırın Tank tasarımı izin veriyorsa, bölmeleri kaydırarak veya bölme kenarlarını azaltarak W'yi artırın. Mesafeyi 25 mm artırarak, daha önce sadece 32 mm'nin sığdığı yere 50 mm'lik bir ısıtıcı eklenebilir.

Bir akış hızlandırıcı ekleyin: Bölme boşluğundaki bir edüktör veya jet nozülü, yerel hızı artırır. Bir nozul, bir miktar pompa enerjisi kullanır, ancak ısı iletimini geri kazanır.

Alan Örneği:
80 mm bölme aralığına sahip 5.000 L karıştırma tankı. Tesis 63 mm'lik bir PFA ısıtıcı (%79 boşluk) üretti. Ölçülen akış hızı=0.12 m/s. Isıtıcının ölçeği-3 ay içinde büyütüldü. PFA yüzey sıcaklığı 70 derecelik suda 115 derece oldu (45 derecelik artış). Tesis, bölmenin her iki yanındaki iki adet 25 mm'lik ısıtıcıyı (eşit toplam güç) değiştirdi. Her ısıtıcının etrafındaki hız 0,35 m/s idi. Tufallaşma azaltılarak yüzey sıcaklığı 85 dereceye düşürüldü ve ısıtıcı ömrü 6 aydan 5 yıla çıkarıldı. İki ısıtıcının maliyeti, bir 63 mm'lik ısıtıcıdan (800 $) daha fazladır (2x500=500=1.000), ancak daha uzun ömür ve daha az arıza süresi, 18 ayda kendini amorti eder.

Sonuç: Isıtıcı Dış Çap 0,5'ten az veya ona eşit * Zorunlu Akış için Bölme Boşluğu
Bir bölme aralığındaki bir PFA ısıtıcısı için, ısıtıcı çapı, zorlamalı akış (pompalanmış veya çalkalanmış) için OD 0,5 bölme aralığı genişliğine (W) eşit veya daha az ve doğal konveksiyon için OD 0,3 W'ye eşit veya daha az olacak şekilde seçilmelidir. Bu, 0,3 m/s (zorlamalı) veya 0,25 m/s (doğal) minimum akış hızını korumak için yeterli serbest alan sağlar. Aşırı büyük ısıtıcılar akışı tıkayarak hızın düşmesine, yüksek yüzey sıcaklığına, kireçlenmenin artmasına ve erken arızaya yol açar. Boşluğu ölçün, izin verilen maksimum dış çapı belirleyin ve uygun olanı seçin. Gerekli dış çap sınırın dışındaysa ısıtıcıyı hareket ettirin veya birkaç küçük ısıtıcı kullanın. Bölme alanı akış içindir, en büyük ısıtıcıyı oraya itmek için değil. mesafeye saygı gösterin, ısıtıcıyı boyutlandırın, akışı koruyun. Isıtıcınıza yıllar boyu hizmet verin ve teşekkür ederiz.