चिपचिपापन जुर्माना
हीट ट्रांसफर पाठ्यपुस्तकें मध्यम वेग पर पानी जैसे तरल पदार्थ के लिए यू - मूल्य अनुमान प्रदान करती हैं। ये अनुमान तब विफल हो जाते हैं जब इन्हें उच्च {{3}चिपचिपाहट वाले पॉलिमर समाधानों{{4}पॉलीविनाइल अल्कोहल, कार्बोक्सिमिथाइल सेल्युलोज, या केंद्रित लेटेक्स इमल्शन{{5}पर लागू किया जाता है, जहां चिपचिपाहट 100 से 10,000 सेंटीपोइज़ तक होती है।
इन तरल पदार्थों में रेनॉल्ड्स की संख्या कम होती है। प्रवाह लामिनायर है. तापीय सीमा परत मोटी होती है। प्राकृतिक संवहन दबा हुआ है. एक PTFE हीट एक्सचेंजर के लिए समग्र ताप अंतरण गुणांक पानी के साथ प्राप्त होने वाले 280 W/m²·K के 50{5}}100 W/m²·K{{6}एक{7}}एक तिहाई से लेकर पांचवें हिस्से तक गिर सकता है।
पानी के लिए एक व्युत्पन्न कारक लागू करना {{0} आधारित यू - मानक डिजाइन दृष्टिकोण है। लेकिन एक भी व्युत्पन्न कारक अपर्याप्त है क्योंकि चिपचिपाहट तापमान पर निर्भर है। गर्म पीटीएफई सतह के पास के तरल पदार्थ में थोक तरल पदार्थ की तुलना में कम चिपचिपापन होता है। यह एक स्वतः बढ़ाने वाला ऊष्मा स्थानांतरण प्रभाव पैदा करता है जिसे एक साधारण स्थिर व्युत्पन्न कारक पकड़ नहीं पाता है।
तापमान-चिपचिपापन प्रतिक्रिया
पॉलिमर समाधान मजबूत तापमान {{0}चिपचिपाहट निर्भरता प्रदर्शित करते हैं। 25 डिग्री पर 1,000 cP की श्यानता वाले घोल की श्यानता 60 डिग्री पर केवल 200 cP हो सकती है, जो पाँच गुना कम हो जाती है। जब यह द्रव 80-100 डिग्री पर पीटीएफई ट्यूब की दीवार से संपर्क करता है, तो सीमा परत में तरल पदार्थ दीवार और थोक तापमान के बीच के तापमान तक गर्म हो जाता है। इसकी चिपचिपाहट काफी कम हो जाती है। कम चिपचिपापन थोक-तापमान चिपचिपाहट का उपयोग करके गणना की भविष्यवाणी के सापेक्ष गर्मी हस्तांतरण में सुधार करता है।
यह तापमान{{0}चिपचिपाहट फीडबैक आंशिक रूप से लैमिनर फ्लो पेनल्टी को ऑफसेट करता है। एक पीटीएफई हीट एक्सचेंजर जो थोक चिपचिपाहट गणना के आधार पर गंभीर रूप से कम आकार का दिखाई देगा, पर्याप्त रूप से प्रदर्शन कर सकता है क्योंकि गर्म सीमा परत द्रव अनुमान से बहुत कम चिपचिपा होता है।
इस प्रभाव के लिए सही व्युत्पन्न कारक जिम्मेदार है। यह एक निश्चित गुणक नहीं है, बल्कि विशिष्ट बहुलक समाधान की चिपचिपाहट -तापमान संबंध का एक कार्य है।
तालिका 1: U-उच्च चिपचिपाहट वाले तरल पदार्थों में PTFE हीट एक्सचेंजर्स के लिए मूल्य व्युत्पन्न कारक
| ऑपरेटिंग तापमान पर थोक द्रव चिपचिपापन (सीपी) | तापमान-चिपचिपापन संवेदनशीलता | अनुशंसित यू-मान (डब्ल्यू/एम²·के) | जल से संबंधित व्युत्पन्न कारक (280 W/m²·K) | टिप्पणियाँ |
|---|---|---|---|---|
| 1-10 (पानी जैसा) | कम | 250-280 | 0.9-1.0 | नगण्य चिपचिपाहट जुर्माना |
| 10-50 | मध्यम | 180-240 | 0.65-0.85 | हल्के लामिना प्रभाव |
| 50-200 | मध्यम-उच्च | 120-180 | 0.43-0.65 | लामिना का प्रवाह प्रमुख है |
| 200-500 | उच्च | 80-130 | 0.29-0.46 | मजबूत तापमान-चिपचिपापन प्रतिक्रिया |
| 500-2,000 | उच्च | 60-100 | 0.21-0.36 | महत्वपूर्ण प्रतिक्रिया; आंदोलन अत्यधिक लाभदायक |
| 2,000-10,000 | बहुत ऊँचा | 40-70 | 0.14-0.25 | यांत्रिक आंदोलन आवश्यक; प्राकृतिक संवहन नगण्य |
U-values assume moderate mechanical agitation (impeller Reynolds >100). स्थिर तरल पदार्थों के लिए, U-मान को 30-50% तक कम करें।
आंदोलन गुणक
उच्च -चिपचिपाहट वाले तरल पदार्थों में, प्राकृतिक संवहन कमजोर या अनुपस्थित होता है। गर्मी हस्तांतरण पूरी तरह से यांत्रिक आंदोलन से मजबूर संवहन पर निर्भर करता है। बिना हलचल के, पीटीएफई ट्यूबों के चारों ओर गर्म तरल पदार्थ की परत स्थिर हो जाती है। ताप स्थानांतरण चालन तक सीमित हो जाता है।
तालिका में U-मान पर्याप्त यांत्रिक हलचल मानते हैं। बिना यांत्रिक हलचल वाले टैंकों के लिए, U-मान को अतिरिक्त 30-50% तक कम किया जाना चाहिए। पीटीएफई हीट एक्सचेंजर डिज़ाइन में थर्मल साइजिंग के एक अभिन्न अंग के रूप में आंदोलन विनिर्देश शामिल होना चाहिए।
2,000 सीपी से ऊपर की चिपचिपाहट वाले तरल पदार्थों के लिए, यांत्रिक हलचल वैकल्पिक नहीं है। यह उपयोगी गर्मी हस्तांतरण दर प्राप्त करने के लिए एक आवश्यकता है। आंदोलनकारी शक्ति और प्ररित करनेवाला डिज़ाइन को हीट एक्सचेंजर सतह क्षेत्र के साथ निर्दिष्ट किया जाना चाहिए।
अनिश्चितता के लिए आकार का मार्जिन
पॉलिमर समाधानों के लिए चिपचिपाहट डेटा को अक्सर कुछ अलग तापमानों पर मापा जाता है और एक्सट्रपलेशन किया जाता है। एक्सट्रपलेशन यू-मान गणना में अनिश्चितता लाता है। उन अनुप्रयोगों के लिए 15-25% अतिरिक्त सतह क्षेत्र के रूढ़िवादी आकार मार्जिन की सिफारिश की जाती है जहां चिपचिपाहट डेटा गुणवत्ता अनिश्चित है।
यदि संभव हो तो वास्तविक प्रक्रिया द्रव के साथ एक पायलट {{0} स्केल हीट ट्रांसफर परीक्षण, सबसे विश्वसनीय यू - मान डेटा प्रदान करता है। परीक्षण में मापी गई गर्मी इनपुट और तापमान प्रतिक्रिया के साथ प्रक्रिया तरल पदार्थ के नमूने में डुबोए गए एक छोटे पीटीएफई कॉइल का उपयोग किया जाता है। परिणामी U-मान को अनिश्चितता को कम किए बिना पूर्ण-आकार के एक्सचेंजर पर स्केल किया जाता है।
सारांश
उच्च {{0}चिपचिपाहट वाले पॉलिमर समाधानों में काम करने वाले पीटीएफई हीट एक्सचेंजर्स को थोक चिपचिपाहट और तापमान संवेदनशीलता के आधार पर, पानी के सापेक्ष 0.14 से 0.85 के यू{4}आधारित डिजाइन मूल्यों के यू{1}मान व्युत्पन्न कारकों की आवश्यकता होती है। गर्म सीमा परत में तापमान {{6}चिपचिपाहट प्रतिक्रिया प्रभाव आंशिक रूप से लैमिनर प्रवाह दंड को ऑफसेट करता है।
500 सीपी से ऊपर के तरल पदार्थों में उपयोगी ताप हस्तांतरण के लिए यांत्रिक हलचल आवश्यक है। चिपचिपापन डेटा अनिश्चितता के लिए 15-25% का आकार मार्जिन जिम्मेदार है। महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों के लिए, पायलट-स्केल हीट ट्रांसफर परीक्षण व्युत्पन्न अनिश्चितता को समाप्त करता है।
विशिष्ट उच्च चिपचिपापन अनुप्रयोगों में पीटीएफई हीट एक्सचेंजर आकार के लिए इंजीनियरिंग विश्लेषण द्रव चिपचिपापन तापमान डेटा, ऑपरेटिंग तापमान सीमा, आंदोलन विधि और तीव्रता, और आवश्यक ताप शुल्क प्रस्तुत करने पर उपलब्ध है।
