Хей, хора! Като доставчик на кожухотръбни топлообменници съм виждал от първа ръка как различни фактори могат да повлияят на работата на тези лоши момчета. Един от ключовите фактори, който често се пренебрегва, е вискозитетът на течността. В този блог ще разбия какво представлява вискозитетът на флуида, как той влияе върху работата на кожухотръбен топлообменник и защо има значение за вас.
Какво всъщност е вискозитетът на течността?
Вискозитетът на течността е основно мярка за това колко гъста или лепкава е течността. Мислете за това така: медът има висок вискозитет, защото е гъст и тече бавно, докато водата има нисък вискозитет, защото е рядка и тече лесно. От техническа гледна точка вискозитетът е съпротивлението на течността да тече. Причинява се от вътрешното триене между молекулите на течността.
Има два основни вида вискозитет: динамичен вискозитет и кинематичен вискозитет. Динамичният вискозитет, измерен в паскал - секунди (Pa·s), е мярка за вътрешното съпротивление на флуида да тече под приложена сила. Кинематичният вискозитет, измерен в квадратни метри за секунда (m²/s), е съотношението на динамичния вискозитет към плътността на течността.
Как вискозитетът влияе върху преноса на топлина
Сега нека поговорим за това как вискозитетът на флуида влияе върху работата на кожухотръбен топлообменник. Основната задача на топлообменника е да пренася топлина от един флуид към друг. Този пренос на топлина се осъществява чрез проводимост и конвекция.
Провеждане
Проводимостта е пренос на топлина през твърдо тяло или неподвижна течност. В кожухотръбния топлообменник тръбите са основните проводници за топлопроводимост. Когато течност с висок вискозитет протича през тръбите, тя може да образува дебел граничен слой близо до стените на тръбата. Този граничен слой действа като изолатор, намалявайки скоростта на топлопроводимост от течността към стената на тръбата. В резултат на това общият коефициент на топлопреминаване намалява и топлообменникът става по-малко ефективен.
От друга страна, течност с нисък вискозитет тече по-лесно и образува по-тънък граничен слой. Това позволява по-добра топлопроводимост от флуида към стената на тръбата, увеличавайки коефициента на топлопреминаване и подобрявайки ефективността на топлообменника.
Конвекция
Конвекцията е пренос на топлина чрез движение на течност. В кожухотръбен топлообменник както флуидите от страната на тръбата, така и флуидите от страната на черупката са в движение. Течностите с висок вискозитет се движат по-трудно, което означава, че конвективният топлопренос е намален. Потокът на течности с висок вискозитет е по-вероятно да бъде ламинарен, където течността се движи в успоредни слоеве с малко смесване между тях. Ламинарният поток има по-нисък коефициент на топлопреминаване в сравнение с турбулентния поток.
Турбулентният поток, който е по-често срещан при флуиди с нисък вискозитет, кара флуида да се смесва енергично, увеличавайки контакта между горещите и студените флуиди и подобрявайки конвективния пренос на топлина. Така че, когато имате течност с висок вискозитет в топлообменник, е по-трудно да постигнете желаното ниво на пренос на топлина.
Падане на налягането
Друг важен аспект, повлиян от вискозитета на течността, е спадът на налягането в топлообменника. Спадът на налягането е намаляването на налягането, което възниква, когато течността протича през топлообменника. Течностите с висок вискозитет изискват повече енергия, за да протичат през тръбите и корпуса на топлообменника. Това означава, че спадът на налягането е по-висок за течности с висок вискозитет в сравнение с течности с нисък вискозитет.
Висок спад на налягането може да бъде проблем, защото изисква по-мощна помпа, за да поддържа потока на течността. Това увеличава експлоатационните разходи на топлообменната система. Освен това, ако спадът на налягането е твърде голям, това може да причини механични проблеми в топлообменника, като например вибрации на тръбата или дори повреда на тръбата.
Въздействие върху дизайна и избора
Като доставчик на кожухотръбни топлообменници знам, че вискозитетът играе решаваща роля при проектирането и избора на правилния топлообменник за конкретно приложение.
Съображения за проектиране
Когато проектираме топлообменник за течност с висок вискозитет, трябва да вземем предвид няколко фактора. Може да се наложи да увеличим диаметъра на тръбата, за да намалим спада на налягането. По-големите тръби осигуряват повече пространство за протичане на течността, намалявайки съпротивлението, причинено от високия вискозитет.
Трябва също така да вземем предвид оформлението на тръбата и броя на преминаванията на тръбата. Различно оформление на тръбата, като например конфигурация с по-отворен корпус и страна, може да помогне за подобряване на потока на течности с висок вискозитет. Освен това, увеличаването на броя на преминаванията на тръбата може да увеличи повърхността на топлопреминаване, компенсирайки намаления коефициент на топлопреминаване поради високия вискозитет.
Избор на правилния топлообменник
Ако сте на пазара за кожухотръбен топлообменник, трябва да изберете този, който е най-подходящ за вискозитета на течностите, които ще използвате. За течности с нисък вискозитет, стандартТръбен топлообменникможе да работи добре. Но за течности с висок вискозитет може да помислите за aВертикален корпусно-тръбен топлообменник. Вертикалният дизайн може да помогне за намаляване на спада на налягането и подобряване на потока на течности с висок вискозитет.
Ако корозията също е проблем, aТоплообменник от тръба и корпус от неръждаема стоманаможе да бъде страхотен вариант. Неръждаемата стомана е устойчива на корозия и може да се справи с широк диапазон от вискозитети на течности.
Примери от реалния свят
Нека да разгледаме няколко примера от реалния свят, за да илюстрираме влиянието на вискозитета на течността върху кожухотръбните топлообменници.
Хранително-вкусова промишленост
В хранително-вкусовата промишленост много течности имат висок вискозитет, като плодови пюрета, сиропи и млечни продукти. Когато използвате топлообменник с черупкови тръби за пастьоризиране или охлаждане на тези продукти, високият вискозитет може да причини проблеми. Гъстите течности може да не протичат равномерно през тръбите, което води до неравномерно пренасяне на топлина и потенциални горещи точки. Това може да повлияе на качеството на хранителния продукт.
За да преодолеят тези проблеми, предприятията за преработка на храни често използват специално проектирани топлообменници с по-големи диаметри на тръбите и по-отворени пътища на потока. Те могат също така да загреят предварително или да разредят флуидите с висок вискозитет, преди да влязат в топлообменника, за да намалят вискозитета и да подобрят ефективността на преноса на топлина.
Нефтена и газова промишленост
В нефтената и газовата промишленост суровият нефт има относително висок вискозитет, особено при ниски температури. При транспортиране или обработка на суров нефт се използват кожухотръбни топлообменници за загряване или охлаждане на нефта. Високият вискозитет на суровия нефт може да доведе до значителни спадове на налягането и намалена ефективност на топлообмена.
За да се справят с това, петролните рафинерии могат да използват топлообменници с подобрени повърхности на тръбите или да добавят химически добавки към маслото, за да намалят неговия вискозитет. Тези мерки спомагат за подобряване на работата на топлообменниците и намаляване на оперативните разходи.
Заключение
В заключение, вискозитетът на течността има значително влияние върху работата на кожухотръбните топлообменници. Течностите с висок вискозитет могат да намалят коефициента на топлопреминаване, да увеличат спада на налягането и да направят топлообменника по-малко ефективен. Като доставчик на кожухотръбен топлообменник разбирам колко е важно да се вземе предвид вискозитета на флуида при проектирането и избора на правилния топлообменник за вашето приложение.
Независимо дали работите с течности с висок вискозитет в хранително-вкусовата промишленост, петролната и газовата промишленост или друга индустрия, изборът на подходящ топлообменник е от решаващо значение. Ако търсите надежден кожухотръбен топлообменник, който може да се справи със специфичния вискозитет на вашите течности, не се колебайте да се свържете с нас за дискусия. Можем да работим заедно, за да намерим най-доброто решение за вашите нужди от топлопренос.
Референции
- Incropera, FP, DeWitt, DP, Bergman, TL, & Lavine, AS (2007). Основи на топло- и масообмена. Джон Уайли и синове.
- Kakac, S., & Liu, H. (2002). Топлообменници: избор, оценка и термичен дизайн. CRC Press.