प्रवाह पैटर्न जो एल/डी प्रभाव को परिभाषित करता है
यांत्रिक हलचल के साथ एक प्लेटिंग टैंक में स्थापित एक विसर्जन पीटीएफई हीट एक्सचेंजर ट्यूब बंडल में प्रवाहित प्रक्रिया द्रव के साथ संचालित होता है। आंदोलन ट्यूब बंडल के आसपास 0.2-0.8 मीटर/सेकेंड के वेग के साथ एक परिसंचारी प्रवाह पैटर्न बनाता है।
बंडल में प्रत्येक ट्यूब के पास आने वाला प्रवाह एक समान नहीं है। बंडल के अग्रणी किनारे के पास की ट्यूबें पूर्ण दृष्टिकोण वेग देखती हैं, जबकि बंडल के आंतरिक भाग की ट्यूबें कम वेग देखती हैं क्योंकि प्रवाह आंशिक रूप से अपस्ट्रीम ट्यूबों द्वारा अवरुद्ध होता है। वेग वितरण ट्यूब रिक्ति, बंडल ज्यामिति और प्रवाह दिशा पर निर्भर करता है।
लंबाई-से-व्यास अनुपात यह निर्धारित करके प्रवाह पैटर्न को प्रभावित करता है कि क्या ट्यूब बंडल में प्रवेश करने वाला प्रवाह ट्यूब की लंबाई के साथ एक सीमा परत विकसित करता है या क्या सीमा परत ट्यूब समर्थन और बंडल ज्यामिति से बाधित होती है। एक उच्च एल/डी अनुपात सीमा परत को पूरी तरह से विकसित करने की अनुमति देता है, जिससे गर्मी हस्तांतरण गुणांक कम हो जाता है। कम एल/डी अनुपात सीमा परत को बाधित करता है, जिससे गर्मी हस्तांतरण गुणांक बढ़ जाता है।
एल/डी अनुपात और विकासशील सीमा परत
क्रॉस -प्रवाह में एक ट्यूब पर सीमा परत अग्रणी किनारे से विकसित होती है और ट्यूब की लंबाई के साथ मोटाई में बढ़ती है। उच्च एल/डी अनुपात वाली ट्यूब के लिए, ट्यूब की अधिकांश लंबाई पर सीमा परत पूरी तरह से विकसित हो जाती है, और गर्मी हस्तांतरण गुणांक पूरी तरह से विकसित प्रवाह स्थिति द्वारा निर्धारित होता है। कम एल/डी अनुपात वाली ट्यूब के लिए, ट्यूब की अधिकांश लंबाई पर सीमा परत अभी भी विकसित हो रही है, और गर्मी हस्तांतरण गुणांक अधिक है क्योंकि सीमा परत पतली है।
थर्मल प्रवेश लंबाई, जो तापमान प्रोफ़ाइल को पूरी तरह से विकसित होने के लिए आवश्यक दूरी है, रेनॉल्ड्स संख्या और प्रांटल संख्या के समानुपाती होती है। 100 की प्रैंडटल संख्या और 100 की रेनॉल्ड्स संख्या के साथ एक चिपचिपे तरल पदार्थ के लिए, थर्मल प्रवेश की लंबाई लगभग 50 ट्यूब व्यास है। 50 से कम एल/डी अनुपात वाली ट्यूब के लिए, प्रवाह थर्मल प्रवेश क्षेत्र में है, और गर्मी हस्तांतरण गुणांक पूरी तरह से विकसित मूल्य से अधिक है।
7 की प्रैंडटल संख्या और 500 की रेनॉल्ड्स संख्या के साथ पानी जैसे तरल पदार्थ के लिए, थर्मल प्रवेश की लंबाई लगभग 20 ट्यूब व्यास है। 20 से कम एल/डी अनुपात वाली ट्यूब के लिए, प्रवाह थर्मल प्रवेश क्षेत्र में है।
एल/डी अनुपात और आंदोलन प्रवाह
उत्तेजित टैंक में, ट्यूब बंडल के सापेक्ष प्रवाह की दिशा निश्चित नहीं होती है। आंदोलन एक परिसंचारी प्रवाह बनाता है जो आंदोलनकारी के घूमने पर दिशा बदल देता है। ट्यूबों में एक प्रवाह दिखाई देता है जो दिशा और परिमाण में दोलन करता है, जो सीमा परत के विकास को प्रभावित करता है।
एक उच्च एल/डी अनुपात ट्यूब बंडल आंदोलन प्रवाह के लिए एक लंबा प्रवाह पथ प्रस्तुत करता है, और प्रवाह को बंडल के बजाय इसके चारों ओर मोड़ा जा सकता है। एक कम एल/डी अनुपात बंडल एक छोटा प्रवाह पथ प्रस्तुत करता है और प्रवाह को बंडल में अधिक आसानी से प्रवेश करने की अनुमति देता है।
बंडल ज्यामिति प्रवाह वितरण को भी प्रभावित करती है। उच्च एल/डी अनुपात वाले बंडल में प्रवाह दिशा में बड़ी संख्या में ट्यूब पंक्तियाँ होती हैं, जिससे प्रवाह प्रतिरोध बढ़ जाता है और बंडल के आंतरिक भाग में वेग कम हो जाता है। कम एल/डी अनुपात वाले बंडल में कम ट्यूब पंक्तियाँ होती हैं, जिससे प्रवाह प्रतिरोध कम हो जाता है और आंतरिक भाग में वेग बढ़ जाता है।
उत्तेजित टैंक सेवा के लिए इष्टतम एल/डी अनुपात
एक उत्तेजित टैंक में विसर्जन पीटीएफई हीट एक्सचेंजर के लिए इष्टतम एल/डी अनुपात आंदोलन की तीव्रता, द्रव गुणों और गर्मी भार पर निर्भर करता है। 0.3-0.5 मीटर/सेकेंड के वेग के साथ मध्यम आंदोलन के लिए, इष्टतम एल/डी अनुपात आमतौर पर 20-40 है। 0.5-0.8 मीटर/सेकेंड के वेग के साथ उच्च आंदोलन के लिए, इष्टतम एल/डी अनुपात 15-30 है।
कम एल/डी अनुपात उच्च गर्मी हस्तांतरण गुणांक प्रदान करता है लेकिन आवश्यक सतह क्षेत्र को प्राप्त करने के लिए बड़ी संख्या में ट्यूब पास या बड़े बंडल पदचिह्न की आवश्यकता होती है। एक उच्च एल/डी अनुपात कम गर्मी हस्तांतरण गुणांक प्रदान करता है लेकिन अधिक कॉम्पैक्ट बंडल की अनुमति देता है।
ट्रेड-ऑफ गर्मी हस्तांतरण दक्षता और बंडल आकार के बीच है। इष्टतम एल/डी अनुपात वह है जो पूंजीगत लागत और परिचालन लागत सहित न्यूनतम कुल लागत पर आवश्यक ताप भार प्रदान करता है।
हीट ट्रांसफर गुणांक पर एल/डी प्रभाव की मात्रा निर्धारित करना
निम्नलिखित तालिका 0.4 मीटर/सेकेंड की प्रक्रिया द्रव वेग और 20 की प्रांडटल संख्या के साथ एक उत्तेजित टैंक में विभिन्न एल/डी अनुपात के लिए गर्मी हस्तांतरण गुणांक और आवश्यक सतह क्षेत्र का सारांश देती है।
| एल/डी अनुपात | शासन प्रवाह | ऊष्मा अंतरण गुणांक | 20 किलोवाट के लिए आवश्यक सतह क्षेत्र | बंडल पदचिह्न | दबाव में गिरावट |
|---|---|---|---|---|---|
| 10 | प्रवेश क्षेत्र, पतली सीमा परत | 450 W/m²·K | 4.4 m² | सघन | कम |
| 15 | आंशिक रूप से विकसित | 400 W/m²·K | 5.0 m² | मध्यम | कम |
| 20 | आंशिक रूप से विकसित | 360 W/m²·K | 5.6 m² | मध्यम | मध्यम |
| 30 | पूर्णतया विकसित हो रहा है | 320 W/m²·K | 6.3 m² | बड़ा | मध्यम |
| 40 | पूर्ण विकसित | 290 W/m²·K | 6.9 m² | बड़ा | उच्च |
| 50 | पूर्ण विकसित | 270 W/m²·K | 7.4 m² | बहुत बड़ा | उच्च |
| 60 | पूर्ण विकसित | 255 W/m²·K | 7.8 m² | बहुत बड़ा | बहुत ऊँचा |
ऊष्मा अंतरण गुणांक मान क्रॉस {{0} फ्लो ट्यूब बंडलों के लिए ज़ुकॉस्कस सहसंबंध पर आधारित होते हैं, जिन्हें कम एल/डी अनुपात पर विकासशील प्रवाह व्यवस्था के लिए समायोजित किया जाता है। आवश्यक सतह क्षेत्र की गणना 10 डिग्री के तापमान अंतर के साथ 20 किलोवाट के ताप भार के लिए की जाती है।
ट्यूब व्यास का प्रभाव
ट्यूब का व्यास किसी दी गई ट्यूब की लंबाई के लिए एल/डी अनुपात को प्रभावित करता है। एक छोटे व्यास की ट्यूब में समान लंबाई के लिए उच्च एल/डी अनुपात होता है, जिसका अर्थ है कि सीमा परत के पूरी तरह से विकसित होने की अधिक संभावना है। बड़े व्यास वाली ट्यूब में L/D अनुपात कम होता है, जिसका अर्थ है कि सीमा परत प्रवेश क्षेत्र में होने की अधिक संभावना है।
1.0 मीटर की ट्यूब लंबाई के लिए, 6 मिमी ट्यूब का एल/डी अनुपात 167 है, जो पूरी तरह से विकसित शासन में है। 25 मिमी ट्यूब का एल/डी अनुपात 40 है, जो पूरी तरह से विकसित शासन के करीब पहुंच रहा है। 50 मिमी ट्यूब का एल/डी अनुपात 20 है, जो आंशिक रूप से विकसित शासन में है।
छोटे व्यास की ट्यूब में प्रति इकाई क्षेत्र में ऊष्मा स्थानांतरण गुणांक अधिक होता है लेकिन प्रति इकाई लंबाई में सतह क्षेत्र कम होता है। बड़े व्यास वाली ट्यूब में प्रति इकाई क्षेत्र में कम गर्मी हस्तांतरण गुणांक होता है लेकिन प्रति इकाई लंबाई में अधिक सतह क्षेत्र होता है।
डिज़ाइन सुविधाएँ जो एल/डी अनुपात को अनुकूलित करती हैं
कई डिज़ाइन सुविधाएँ उत्तेजित टैंक सेवा के लिए एल/डी अनुपात को अनुकूलित करती हैं।
खंडित ट्यूब बंडल.मध्यवर्ती समर्थन के साथ ट्यूब बंडल को खंडों में विभाजित करने से सीमा परत टूट जाती है और गर्मी हस्तांतरण गुणांक बढ़ जाता है। खंडित बंडल में प्रभावी एल/डी अनुपात होता है जो वास्तविक ट्यूब लंबाई से कम होता है।
पंखदार या उन्नत ट्यूब।पंख या खांचे वाली एक ट्यूब सतह सतह क्षेत्र को बढ़ाकर और अशांति को बढ़ावा देकर गर्मी हस्तांतरण गुणांक को बढ़ाती है। बढ़ी हुई सतह कम एल/डी अनुपात पर विशेष रूप से प्रभावी है।
इष्टतम ट्यूब रिक्ति.एक ट्यूब रिक्ति जो आंदोलन प्रवाह को बंडल में प्रवेश करने की अनुमति देती है, आंतरिक में वेग और गर्मी हस्तांतरण गुणांक को बढ़ाती है। ट्यूब के बाहरी व्यास का 1.5-2.0 गुना अंतर रखने की अनुशंसा की जाती है।
बंडल ओरिएंटेशन.ट्यूब बंडल को आंदोलन प्रवाह के लंबवत उन्मुख करने से क्रॉस - प्रवाह वेग और गर्मी हस्तांतरण गुणांक बढ़ जाता है। बंडल को प्रवाह के समानांतर उन्मुख करने से वेग और गुणांक कम हो जाता है।
आंदोलन अनुकूलन.आंदोलन की तीव्रता बढ़ने से ट्यूब बंडल पर प्रवाह वेग और गर्मी हस्तांतरण गुणांक बढ़ जाता है। प्ररित करनेवाला की गति के घन के साथ आंदोलन शक्ति बढ़ती है, इसलिए अनुकूलन को बिजली की लागत पर विचार करना चाहिए।
उत्तेजित टैंक सेवा के लिए एल/डी अनुपात की तुलना करना
निम्न तालिका 20 किलोवाट के ताप भार और $400 प्रति घंटे के उत्पादन मूल्य के साथ एक उत्तेजित टैंक में विभिन्न एल/डी अनुपातों के लिए पांच - वर्ष की कुल लागत का सारांश देती है।
| एल/डी अनुपात | ऊष्मा अंतरण गुणांक | सतह क्षेत्र आवश्यक | पूंजीगत लागत | वार्षिक आंदोलन लागत | पांच-वर्ष कुल लागत |
|---|---|---|---|---|---|
| 10 | 450 W/m²·K | 4.4 m² | $16,000 | $4,500 | $38,500 |
| 15 | 400 W/m²·K | 5.0 m² | $17,000 | $4,200 | $38,000 |
| 20 | 360 W/m²·K | 5.6 m² | $18,000 | $4,000 | $38,000 |
| 30 | 320 W/m²·K | 6.3 m² | $20,000 | $3,800 | $39,000 |
| 40 | 290 W/m²·K | 6.9 m² | $22,000 | $3,600 | $40,000 |
| 50 | 270 W/m²·K | 7.4 m² | $24,000 | $3,500 | $41,500 |
| 60 | 255 W/m²·K | 7.8 m² | $26,000 | $3,400 | $43,000 |
पांच -वर्ष की कुल लागत 15-20 के एल/डी अनुपात पर न्यूनतम की गई है। निचले एल/डी अनुपात में पूंजीगत लागत कम होती है लेकिन आंदोलन लागत अधिक होती है क्योंकि अधिक कॉम्पैक्ट बंडल को समान प्रवाह वेग प्राप्त करने के लिए अधिक आंदोलन शक्ति की आवश्यकता होती है। उच्च एल/डी अनुपात में उच्च पूंजी लागत होती है जो कम आंदोलन लागत से ऑफसेट नहीं होती है।
उत्तेजित टैंक सेवा के लिए विशिष्टता पैरामीटर
उत्तेजित टैंक सेवा के लिए विसर्जन पीटीएफई हीट एक्सचेंजर निर्दिष्ट करने वाले उपकरण इंजीनियरों को आपूर्तिकर्ता के साथ निम्नलिखित मापदंडों की पुष्टि करनी चाहिए।
उत्तेजना की तीव्रता.ट्यूब बंडल के आसपास आंदोलन प्रकार और प्रवाह वेग निर्दिष्ट करें।
द्रव गुण.प्रक्रिया द्रव की चिपचिपाहट, घनत्व और प्रांटल संख्या निर्दिष्ट करें।
ताप भार.ताप भार और अपेक्षित सीमा निर्दिष्ट करें।
एल/डी अनुपात.आंदोलन की तीव्रता और द्रव गुणों के आधार पर इष्टतम एल/डी अनुपात निर्दिष्ट करें।
ट्यूब व्यास.एल/डी अनुपात और सतह क्षेत्र की आवश्यकता के आधार पर ट्यूब व्यास निर्दिष्ट करें।
ट्यूब रिक्ति.ट्यूब रिक्ति निर्दिष्ट करें. ट्यूब के बाहरी व्यास का 1.5-2.0 गुना अंतर रखने की अनुशंसा की जाती है।
बंडल ओरिएंटेशन.आंदोलन प्रवाह के सापेक्ष बंडल अभिविन्यास निर्दिष्ट करें।
सतह क्षेत्रफल।ऊष्मा भार और ऊष्मा स्थानांतरण गुणांक के लिए आवश्यक सतह क्षेत्र निर्दिष्ट करें।
उत्तेजित टैंक स्थितियों से एल/डी अनुपात का मिलान
ट्यूब की लंबाई {{0} से - व्यास का अनुपात उत्तेजित टैंक सेवा के लिए एक विसर्जन पीटीएफई हीट एक्सचेंजर में गर्मी हस्तांतरण गुणांक और आवश्यक सतह क्षेत्र को प्रभावित करता है। कम एल/डी अनुपात उच्च गर्मी हस्तांतरण गुणांक प्रदान करता है लेकिन इसके लिए अधिक कॉम्पैक्ट बंडल और अधिक आंदोलन शक्ति की आवश्यकता होती है। एक उच्च एल/डी अनुपात कम गर्मी हस्तांतरण गुणांक प्रदान करता है लेकिन अधिक विस्तारित बंडल और कम आंदोलन शक्ति की अनुमति देता है।
इष्टतम एल/डी अनुपात आमतौर पर मध्यम उत्तेजना के लिए 15-20 और उच्च उत्तेजना के लिए 10-15 है। इष्टतम अनुपात पूंजीगत लागत और आंदोलन लागत सहित स्वामित्व की कुल लागत को कम करता है।
पीटीएफई हीट एक्सचेंजर विकल्पों का मूल्यांकन करने वाली उत्तेजित टैंक सुविधाओं के लिए, एल/डी अनुपात को खरीद दस्तावेजों में निर्दिष्ट किया जाना चाहिए और कमीशनिंग पर सत्यापित किया जाना चाहिए। निर्माता द्वारा प्रदान किया गया डिफ़ॉल्ट कॉन्फ़िगरेशन विशिष्ट आंदोलन स्थितियों के लिए अनुकूलित नहीं किया जा सकता है, और परिणामस्वरूप गर्मी हस्तांतरण गुणांक डिज़ाइन मान से मेल नहीं खा सकता है।
उत्तेजित टैंक या अन्य विसर्जन सेवा के लिए पीटीएफई हीट एक्सचेंजर विनिर्देशों का मूल्यांकन करने वाले उपकरण इंजीनियर और खरीद विशेषज्ञ एक डिजाइन समीक्षा का अनुरोध कर सकते हैं जिसमें आंदोलन की तीव्रता, द्रव गुण, ताप भार, एल/डी अनुपात, ट्यूब व्यास और ट्यूब रिक्ति को शामिल किया गया है ताकि यह पुष्टि की जा सके कि इकाई वास्तविक टैंक स्थितियों और सुविधा की परिचालन लागत संरचना से मेल खाती है।
