همان بخاری غوطهوری PTFE، که با وات یکسانی کار میکند، بسته به اینکه به صورت عمودی مانند یک خط لوله آویزان باشد یا به صورت افقی نزدیک کف مخزن قرار گرفته باشد، رفتار بسیار متفاوتی دارد. جهت گیری جریان های نامرئی را شکل می دهد که گرما را از سطح غلاف دور می کنند. در بسیاری از مخازن شیمیایی، تفاوت بین انتقال حرارت پایدار و گرمای بیش از حد موضعی نه تنها تحت تأثیر چگالی وات است، بلکه تحت تأثیر نحوه قرارگیری بخاری در داخل مایع نیز قرار می گیرد.
در مطالعه ازجهت بخاری بخاری PTFE همرفت طبیعیعملکرد، حرکت سیال به عامل تعیین کننده تبدیل می شود. یک تغییر ساده در جهت نصب، شکل ستون، عملکرد تمیز کردن سطح، تجمع لجن و حتی پاسخ ایمنی در برابر آتش را تغییر میدهد.
درک همرفت طبیعی در اطراف یک بخاری PTFE
همرفت طبیعی زمانی اتفاق میافتد که مایع نزدیک سطح بخاری گرم میشود، چگالی کمتری پیدا میکند و به سمت بالا بالا میرود. مایع خنککننده سپس برای جایگزینی آن حرکت میکند و یک حلقه گردش مداوم بدون پمپ یا هم زدن اجباری ایجاد میکند.
راندمان این گردش مستقیماً بر ضریب انتقال حرارت جابجایی طبیعی تأثیر می گذارد. یک الگوی گردش قوی تر، گرما را از غلاف به طور موثرتر حذف می کند و خطر ایجاد نقاط داغ در زیر پوشش PTFE را کاهش می دهد.
برای بخاری های غوطه وری PTFE، جهت گیری به شدت بر نحوه ایجاد این جریان های حرارتی تأثیر می گذارد.
چرا جهت گیری عمودی انتقال حرارت بالاتری ایجاد می کند؟
یک بخاری PTFE که به صورت عمودی نصب شده است، یک جریان متمرکز به سمت بالا از مایع گرم شده ایجاد می کند که در تمام طول گرم شده حرکت می کند. ستون عمودی یک دودکش حرارتی است که به طور مداوم مایع خنک کننده را از پایین به سمت بالا می کشد.
اثر دودکش
با بالا رفتن مایع مجاور بخاری، اختلاف فشار بین ستون بالارونده گرم و مایع اطراف خنکتر ایجاد میشود. این اثر باعث تسریع گردش طبیعی در امتداد سطح بخاری می شود.
در عمل، آرایش عمودی چندین مزیت ایجاد می کند:
مایع خنک کننده به طور مداوم به سمت بخش پایینی بخاری کشیده می شود
مایع در حال افزایش، تمام سطح غلاف را به طور یکنواخت تمیز می کند
لایه های مرزی نازک تر باقی می مانند
گرمای بیش از حد موضعی کاهش می یابد
حباب های گاز راحت تر جدا می شوند
ضریب همرفت طبیعی برای یک سیلندر عمودی معمولاً بیشتر از یک سیلندر افقی است که با چگالی وات یکسانی کار می کند. حذف حرارت یکنواخت تر می شود زیرا مایع در حال افزایش در فاصله طولانی تری به سطح گرم شده چسبیده باقی می ماند.
سطح غلاف تمیزتر
یک بخاری عمودی نیز آلودگی را به طور موثرتری دفع می کند. ذرات در حال سقوط و لجن تمایل دارند به جای قرار گرفتن روی بخاری از کنار بخاری عبور کنند. این باعث کاهش تشکیل رسوبات عایق می شود که می تواند دمای غلاف را افزایش دهد.
برای فرآیندهای شیمیایی تهاجمی، این رفتار{0}}خود پاکسازی میتواند قابلیت اطمینان بلندمدت- را بطور قابل توجهی بهبود بخشد.
چگونه جهت افقی ستون حرارتی را تغییر می دهد
یک بخاری افقی PTFE رفتار متفاوتی دارد زیرا جریان شناور دیگر از طول کامل بخاری پیروی نمی کند. در عوض، مایع گرم شده از قسمت بالایی عنصر به عنوان یک پرده حرارتی گسترده بالا می رود.
حرکت سیال گسترده تر اما آهسته تر
یک بخاری افقی یک ستون عریض تر و با غلظت کمتر ایجاد می کند. گرما به آرامی از طریق مخزن پخش می شود، اما سرعت همرفت در نزدیکی بخش هایی از غلاف کاهش می یابد.
سطح بالایی بخاری به گرم ترین منطقه تبدیل می شود زیرا مایع در حال افزایش به جای اینکه در تمام طول متصل بماند، به سرعت از عنصر جدا می شود.
در چارچوبجهت بخاری بخاری PTFE همرفت طبیعیتجزیه و تحلیل، این اثر شستشوی سطحی ضعیفتر یکی از دلایل اصلی است که تاسیسات افقی اغلب ضرایب همرفت پایینتری را نشان میدهند.
تجمع حباب و زباله
عناصر افقی همچنین می توانند حباب های گاز کوچکی را که در طی گرمایش یا واکنش های شیمیایی ایجاد می شوند، به دام بیندازند. این حباب ها روی سطح غلاف بالایی جمع می شوند و مناطق عایق موضعی ایجاد می کنند.
به طور مشابه، لجن یا زباله های در حال ریزش ممکن است مستقیماً روی بخاری بنشیند. هندسه افقی می تواند به جای اینکه آلاینده ها را به طور طبیعی از بین ببرد، مانند قفسه ای عمل کند که رسوب را جذب می کند.
با گذشت زمان، این لایههای عایق ممکن است دمای غلاف را افزایش داده و تنش حرارتی روی پوشش PTFE را افزایش دهند.
نقش زاویهگیری جزئی در نصبهای افقی
برخی از هندسههای مخزن به دلیل عمق محدود، دسترسی به دیواره جانبی یا محدودیتهای چیدمان فرآیند، چیدمان گرمکن افقی را مجبور میکنند. در این موارد، زاویه نصب جزئی اغلب به عمد معرفی می شود.
چرا یک شیب کوچک کمک می کند؟
یک براکت نگهدارنده ممکن است بخاری را چندین درجه خارج از سطح قرار دهد تا:
حباب های گاز به سمت بالا می لغزند و آزاد می شوند
زباله ها به جای جمع شدن دور می شوند
گردش طبیعی کمتر راکد می شود
گرمای بیش از حد سطح بالایی کاهش می یابد
حتی یک شیب متوسط میتواند-پایداری طولانیمدت عملیاتی مخازن حاوی مواد جامد معلق یا گاز- را بهبود بخشد.
در عمل، این تنظیم مکانیکی کوچک اغلب بدون نیاز به طراحی مجدد کامل مخزن، بهبود معنی داری در رفتار همرفتی ایجاد می کند.
جهت گیری و خشک{0}رفتار ایمنی در برابر آتش
جهت گیری بخاری همچنین بر نحوه پاسخ یک بخاری PTFE در شرایط{0}}مایع- پایین تأثیر می گذارد.
الگوی نوردهی بخاری عمودی
یک بخاری که به صورت عمودی نصب شده است، با کاهش سطح مایع به تدریج از بالا به پایین در معرض دید قرار می گیرد. از آنجایی که فقط قسمت بالایی ابتدا خنکشدن را از دست میدهد، سیستم خشک-برداشتن آتش-ممکن است این وضعیت را قبل از اینکه یک منطقه گرمشده بزرگ کشف شود، تشخیص دهد.
این الگوی نوردهی مرحلهای میتواند زمان واکنش اضافی را برای مدارهای حفاظتی فراهم کند.
الگوی نوردهی بخاری افقی
یک بخاری افقی رفتار متفاوتی دارد. همانطور که سطح مایع به زیر ارتفاع المنت می رسد، بخش بزرگتری از طول بخاری ممکن است تقریباً همزمان باز شود.
بخش در معرض می تواند به سرعت منبسط شود و باعث می شود دمای غلاف سریعتر افزایش یابد. این امر حفاظت در برابر آتش{1}خشک را به ویژه برای نصب های افقی مهم می کند.
رابطه بین جهت گیری و الگوی نوردهی به ویژه در مخازن با سطوح نوسان مایع یا تخلیه فرآیند متناوب اهمیت می یابد.
هندسه مخزن و الگوهای گردش
ساختار مخزن اطراف نیز با جهت گیری بخاری در تعامل است.
نصب عمودی در مخازن عمیق
بخاری های عمودی معمولاً در مخازن عمیق تر که در آن ستون حرارتی می تواند آزادانه و بدون انسداد بالا برود بهترین عملکرد را دارند. جریان قوی رو به بالا باعث اختلاط حجیم و توزیع کارآمد دما می شود.
اثر دودکش به ویژه هنگامی که فاصله کافی در زیر بخاری برای ورود مایع خنک وجود داشته باشد برجسته می شود.
نصب افقی در مخازن کم عمق
بخاری های افقی اغلب برای مخازن فرآیند کم عمق که عمق غوطه وری عمودی در دسترس نیست انتخاب می شوند. در حالی که این آرایش ممکن است گرما را در یک منطقه افقی وسیعتر توزیع کند، شدت گردش معمولاً کمتر است.
فاصله گذاری دقیق از کف مخزن مهم می شود زیرا مناطق راکد می توانند در زیر بخاری ایجاد شوند.
مفاهیم عملیاتی برای طراحی بخاری PTFE
جهت گیری بر روی چندین تصمیم طراحی فراتر از انتقال حرارت به تنهایی تأثیر می گذارد.
عواملی که معمولاً در نظر گرفته می شوند
مهندسان اغلب ارزیابی می کنند:
تشکیل لجن مورد انتظار
تمایلات تولید حباب
محدودیت عمق مخزن
نوسانات سطح مایع
راندمان انتقال حرارت مورد نیاز
دسترسی به تعمیر و نگهداری
جهت گیری عمودی معمولاً زمانی ترجیح داده می شود که حداکثر راندمان همرفت و تمیزی سطح در اولویت باشد.
یک آرایش افقی ممکن است زمانی که هندسه فرآیند ایجاب می کند به طور موثر عمل کند، مشروط بر اینکه تجمع لجن و رفتار حباب به دقت مدیریت شود.
نتیجه گیری
نصب بخاری PTFE به صورت عمودی، در صورت امکان، به طور کلی بالاترین عملکرد انتقال حرارت همرفتی طبیعی را به همراه دارد و در عین حال به تمیز نگه داشتن سطح غلاف کمک می کند. ستون قوی رو به بالا به طور مداوم سطح بخاری را شستشو می دهد، راندمان همرفت را بهبود می بخشد و تنش حرارتی موضعی را کاهش می دهد.
نصب افقی همچنان می تواند گرمایش پایدار را در مخازن کم عمق یا فضای محدود فراهم کند، اما باید توجه بیشتری به تجمع لجن، تجمع حباب گاز و رفتار مواجهه با آتش خشک شود. زاویه دادن جزئی بخاری اغلب با تشویق آلاینده ها و حباب ها به دور شدن از غلاف به کاهش این مشکلات کمک می کند.
در نهایت، اثربخشی یک بخاری غوطهوری PTFE نه تنها به توان الکتریکی یا چگالی وات بستگی دارد، بلکه به نحوه آویزان شدن بخاری در داخل مخزن نیز بستگی دارد. جهت گیری تعیین می کند که سیستم چقدر خوب تنفس می کند، گردش می کند و گرما را به سیال فرآیند اطراف منتقل می کند.
