Газификаторът на черупката и тръбата е решаващо оборудване в различни индустриални процеси, особено в системите за газификация, където ефективният топлопренос е от изключително значение. Като доставчик на газификатори на черупки и тръби, аз съм свидетел от първа ръка значението на различните дизайнерски параметри за цялостната производителност на тези газификатори. Един такъв параметър, който има дълбоко влияние върху топлопредаването, е диаметърът на тръбата. В този блог ще проучим въздействието на диаметъра на тръбата върху преноса на топлина в газификатор на черупки и тръби.
Основи на пренос на топлина в газификаторите на черупките и тръбите
Преди да се задълбочите във влиянието на диаметъра на тръбата, е от съществено значение да се разберат основните принципи на пренос на топлина в газификаторите на черупките и тръбите. Топлопредаването в тези системи обикновено се случва чрез три основни механизма: проводимост, конвекция и радиация. Проводимостта е прехвърлянето на топлина през твърд материал, като стените на тръбата в газификатора. Конвекцията включва пренос на топлина чрез движение на течности, както вътре в тръбите (тръба - странична течност), така и извън тръбите (черупката - странична течност). Радиационният пренос на топлина, макар и по -малко значителен при повечето приложения за газификатор на черупки и тръби, все още може да допринесе за цялостния пренос на топлина при определени условия.
Общата скорост на пренос на топлина (q) в газификатора на черупката и тръбата може да бъде описана със следното уравнение:
[Q = u \ times a \ times \ delta t_ {lm}]
където (u) е общият коефициент на пренос на топлина, (a) е зоната за пренос на топлина и (\ delta t_ {lm}) е дневника - средна температурна разлика между горещите и студените течности.
Влияние на диаметъра на тръбата върху коефициента на пренос на топлина
Диаметърът на тръбата има значително влияние върху общия коефициент на топлопреминаване ((U)). Общият коефициент на пренос на топлина е сложна функция на отделните коефициенти на пренос на топлина от епруветката - страна ((H_I)) и черупката - страна ((H_O)) и термичното съпротивление на стената на тръбата ((R_W)).
Тръба - коефициент на страничен пренос на топлина
Коефициентът на страничен топлопреминаване на тръбата ((H_I)) се влияе от режима на потока на течността вътре в тръбите. За ламинарен поток ((RE <2300)), числото на Nusselt ((NU)) е функция на номера на Prandtl ((PR)) и геометрията на тръбата. Тъй като диаметърът на тръбата намалява, скоростта на течността се увеличава за даден дебит на масовия дебит. Това увеличение на скоростта може да доведе до преход от ламинарен към турбулентен поток ((Re> 4000)). В турбулентния поток броят на Nusselt е по -голям, а коефициентът на топлопреминаване ((H_I)) се увеличава.
Уравнението на Dittus - Boelter за турбулентен поток в гладка тръба се дава от:
[Nu = 0.023re^{0.8} pr^{n}]
където (n = 0,4) за отопление и (n = 0,3) за охлаждане. Тъй като диаметърът на тръбата ((D)) е обратно пропорционален на номера на Рейнолдс ((re = \ frac {\ rho vd} {\ mu})), по -малък диаметър на тръбата води до по -голям брой на Рейнолдс и следователно, по -висок коефициент на страничен пренос на топлината.
Черупка - коефициент на страничен пренос на топлина
От страна на черупката диаметърът на тръбата също играе роля за определяне на модела на потока и коефициента на топлопреминаване. По -малък диаметър на тръбата позволява по -голям брой тръби да бъдат опаковани в даден диаметър на обвивката. Това увеличава броя на редовете на тръбите, които трябва да тече страничната течност на черупката, засилвайки турбулентността и увеличаване на коефициента на пренос на топлопреминаване на черупката ((H_O)). Ако обаче диаметърът на тръбата е твърде малък, поточните канали между тръбите могат да станат твърде тесни, което води до увеличаване на спада на налягането и потенциално намаляване на общата ефективност на газификатора.
Влияние на диаметъра на тръбата върху площта на топлопреминаването
Площта за пренос на топлина ((a)) в газификатора на черупката и тръбата е пряко свързана с диаметъра на тръбата ((D)) и дължината на тръбите ((L)) и броя на тръбите ((N)). Площта за пренос на топлина може да бъде изчислена като:
[A = \ pi dln]
За даден диаметър на обвивката и дължина на тръбата, по -малък диаметър на тръбата позволява да се монтират по -голям брой тръби, което от своя страна увеличава общата площ на топлопреминаването. Това увеличение на площта на топлопреминаването може да доведе до увеличаване на общата скорост на пренос на топлина, като се приеме, че общият коефициент на топлопреминаване и средната разлика в дневника остават постоянни.
Важно е обаче да се отбележи, че намаляването на диаметъра на тръбата твърде много може да доведе до практически ограничения. Например, по -малките тръби са по -предразположени към замърсяване, което може да намали ефективността на пренос на топлина във времето. Освен това, производството и поддръжката на по -малки епруветки с диаметър може да бъде по -предизвикателно и скъпо.
Влияние на диаметъра на тръбата върху спада на налягането
Друг важен фактор, който трябва да се вземе предвид при оценката на влиянието на диаметъра на тръбата върху топлопредаването, е спадът на налягането. От страна на тръбата, по -малък диаметър на тръбата води до по -висока скорост на течността за даден дебит на масовия поток. Според уравнението на Дарси - Вайсбах за спад на налягането в тръба:
[\ Delta p_f = f \ frac {l} {d} \ frac {\ rho v^{2}} {2}]
Когато (\ delta p_f) е спадът на налягането на триене, (F) е коефициентът на триене, (L) е дължината на тръбата, (d) е диаметърът на тръбата, (\ rho) е плътността на течността и (v) е скоростта на течността. Тъй като диаметърът на тръбата намалява, спадът на налягането се увеличава, което изисква повече помпена мощност за поддържане на потока.
От страна на черупката спадът на налягането също се влияе от диаметъра на тръбата. По -малък диаметър на тръбата може да увеличи спада на черупката - странично налягане поради увеличената турбулентност и по -тесните канали за поток между тръбите.
Практически съображения и приложения
При практически дизайн на газификатор на черупки и тръби изборът на диаметър на тръбата е търговия между ефективността на топлопреминаването, спада на налягането, устойчивостта на замърсяване и разходите за производство и поддръжка. За приложения, при които са необходими високи скорости на пренос на топлина и течността има нисък вискозитет, могат да се предпочитат по -малки диаметри на тръбата. Например, в някои химични процеси, при които реагентите трябва да бъдат бързо нагрявани или охладени, газификаторът на черупката и тръбата с по -малки епруветки с диаметър може да осигури по -ефективен разтвор на топлопреминаване.
Въпреки това, за приложения, при които течността е вискозна или съдържа прахови частици, по -големите диаметри на тръбата могат да бъдат по -подходящи за намаляване на спада на налягането и минимизиране на замърсяването. В случай на газификация на биомаса, при която суровината може да съдържа пепел и други твърди частици, по -големите диаметри на тръбата могат да помогнат за предотвратяване на запушване и осигуряване на плавна работа на газификатора.
Като доставчик на газификатор на черупки и тръби, ние предлагаме широка гама от диаметри на тръбите, за да отговорим на разнообразните нужди на нашите клиенти. Нашите инженери работят в тясно сътрудничество с клиентите, за да разберат техните специфични изисквания и да проектират газификатор, който оптимизира производителността на топлопреминаването, като същевременно обмисля всички практически фактори.
Ако се интересувате от нашите изпарители на атмосферния въздух, можете да изследвате нашитеИзпарители на атмосфера на течен CO2,150bar (g) атмосферен въздушен изпарител Китай ПроизводителиИзпарител за CO2 с въздушно отоплениепродукти.
Заключение
Диаметърът на тръбата оказва значително влияние върху преноса на топлина в газификатора на черупката и тръбата. Той засяга коефициента на пренос на топлина, зоната за пренос на топлина и спада на налягането. Чрез внимателно избор на диаметъра на тръбата е възможно да се оптимизират характеристиките на топлопреминаването на газификатора, като се вземат предвид практическите ограничения като замърсяване, спад на налягането и производствени разходи.
Ако сте на пазара за газификатор на черупки и тръби или имате някакви въпроси относно дизайна и производителността на тези газификатори, ви каним да се свържете с нас за подробна дискусия и да проучите най -добрите решения за вашите специфични нужди. Екипът ни от експерти е готов да ви помогне да вземете информирано решение и да гарантира, че ще получите най -ефективния и надежден газификатор за вашето приложение.
ЛИТЕРАТУРА
- Incropera, FP, & DeWitt, DP (2002). Основи на пренос на топлина и маса. John Wiley & Sons.
- Керн, DQ (1950). Процесирайте пренос на топлина. McGraw - Hill.
- Shah, RK, & Sekulic, DP (2003). Основи на дизайна на топлообменника. John Wiley & Sons.
