Скорость потока трубного теплообменника — это средняя скорость потока жидкости через открытую область труб, проходящую этот поток в одном цикле. Измерьте её на основе фактического потока и количества активных труб, а затем проанализируйте теплообмен, загрязнение, потерю давления, риск эрозии и минимальный рабочий расход. Не существует единого значения скорости, подходящего для всех жидкостей, сплавов и теплообменников. В полезной спецификации определяются нормальные и предельные значения потока, геометрия труб и требования к проверке приемлемости. Скорость в трубе также отличается от скорости поперечного потока в оболочке, скорости надувного распылителя и целевого значения системы очистки.
Определите площадь перед тем, как рассчитать скорость
Для однофазного несъемного потока, равномерно распределяющегося по параллельным трубам, средняя скорость — это объемный расход, разделенный на их совокупную внутреннюю площадь. Используйте внутренний диаметр трубки, а не ее внешний диаметр. Измерьте количество трубок, доступных потоку в текущем цикле, а не автоматически разделить их по количеству установленных трубок.
Основное соотношение выглядит следующим образом: v = Q / A, где A = n × π × d_i² / 4. Здесь v — средняя скорость в метрах в секунду, Q — объемный расход в кубических метрах в секунду, n — количество активных параллельных труб в данном потоке, а d_i — внутренний диаметр трубы в метрах. Преобразовать все входные данные перед выполнением вычислений.
При многоступенчатом устройстве необходимо идентифицировать каждый этап по утвержденной схеме. Равное распределение установленных труб является предпосылкой, которая требует подтверждения. Сантехнический шкаф с несколькими видимыми горизонтальными секциями может пропускать жидкость последовательно через эти секции; количество внутренних потоков не определяет количество внешних путей потока. Не следует делать вывода о геометрии только по фотографии.
Пример с прозрачной трубкой
Рассмотрим иллюстративный поток жидкости объемом 18 кубических метров в час через 100 открытых параллельных труб диаметром в 16 миллиметров каждый. Это являются предположениями при расчёте, а не параметрами размеров или эксплуатационных характеристик продукта YIYI. Предположим равномерное распределение, однофазную работу и незначительное изменение плотности через теплообменник.
Конвертирование потока: Q = 18 / 3600 = 0,005 кубических метров в секунду. Конвертирование диаметра: d_i = 0,016 метра. Общая площадь составляет 100 × π × 0,016² / 4 = приблизительно 0,02011 квадратных метра. Средняя скорость потока составляет 0,005 / 0,02011 = приблизительно 0,249 метра в секунду.
Если одинаковое количество 100 труб будет размещено в два цикла с 50 параллельными трубами на цикл, расчетная скорость в одном цикле составит примерно 0,497 метра в секунду при том же притоке. Этот сравнение основывается на одинаковом разделении циклов и отсутствии байпаса. Он не подтверждает, что более высокая скорость приемлема или что эти два варианта обеспечивают одинаковую производительность.
Если десять из этих 50 труб заблокированы, площадь активной зоны сокращается до 40 путей труб. При том же потоке средняя скорость становится примерно 0,622 метра в секунду, что на 25 процентов больше. Пересчитайте тепловые и гидродинамические характеристики после блокировки; восстановление температуры вывода в качестве отдельного показателя недостаточно для подтверждения того, что пересмотренная установка остается в пределах своих пределов.
Используйте число Рейнольдса для интерпретации потока
Само по себе скорость не позволяет определить поведение потока. При ньютоновском потоке в круглой трубе число Рейнольдса равно Re = ρ × v × d_i / μ, где плотность ρ выражается в килограммах на кубический метр, а динамическая вязкость μ — в паскалях в секунду. Используйте свойства жидкости при репрезентативной температуре и оценивайте изменения по пути потока там, где они являются значимыми.
Программа LearnChemE Университета Колорадо Исследователь числа Рейнольдса иллюстрирует, как сочетаются плотность, вязкость, диаметр и скорость. Его модель потока жидкости является образовательной. Она не устанавливает гарантированного перехода или корреляции теплопередачи для каждого входа в теплообменник, поворота, вставки или не-Ньютоновского продукта.
В первом примере, при условии плотности 1000 кг на кубический метр и скорости 0,001 паскаля в секунду, Re составляет примерно 3979. Эти свойства являются иллюстративными предположениями. Увеличение скорости до 0,010 паскаля в секунду при неизменном потоке приводит к снижению Re до примерно 398. Это показывает, почему скорость, полученная при использовании воды, может дать совершенно иное значение при использовании процесса с высокой вязкостью.
Сравните конкурирующие эффекты в одном обзоре
Изменение потока одновременно изменяет ряд параметров эффективности работы. При соответствующих условиях более высокая скорость может улучшить конвективный отток и снизить некоторые тенденции к осаждению. Кроме того, она изменяет потерю давления и может привести к увеличению износа, если материал, частицы, геометрия входа или условия работы не соответствуют требованиям. Это не является автоматическим средством борьбы с загрязнением.
Используйте следующую качественную таблицу для организации проверки поставщика. Она не устанавливает универсальных пределов скорости, поскольку не были предоставлены данные о составе жидкости, геометрических характеристиках и материальных свойствах. Ресурс LearnChemE и его интерактивная диаграмма коэффициента трения предоставлять образовательный контекст для понимания режима потока и гидродинамических сопротивлений.
| Оперативная ситуация | Что нужно проверить | Доказательства или ходатайство о принятии мер |
|---|---|---|
| Низкий уровень потока продукции | Распределение потока, тепловая нагрузка и осаждение | Классность при фактическом минимальном непрерывном потоке |
| Высокий уровень потока продукции | Потеря давления, воздействие материала и эффекты входа | Гидравлические характеристики и допустимые условия для конкретных видов применения |
| Увеличена вязкость | Число Рейнольдса и требуемое давление в системе | Характеристики и рейтинг при самых низких или наиболее густых условиях |
| Пробка в трубе | Активная зона и изменение распределения передач | Обновленные значения числа труб, скорости потока, удельной мощности и потерь давления |
| Взвешенные вещества | Характеристики частиц, воздействие и осаждения | Обзор материала и геометрии для реальных твердых тел |
| Очистка циркуляции | Полный цикл очистки и условия возврата | Отдельное тестирование на соответствие требованиям по очистке и проверку совместимости оборудования |
Остановить оценку на конкретных примерах практического применения. Предпочтительный диапазон скоростей для поставщика является полезным только в том случае, если его предположения соответствуют предлагаемому сервису. Запрашивайте причины каждого ограничения и условия его применения, включая то, относится ли оно к среднему уровню скорости потока или к локальному региону.
Обеспечьте разделение потока в трубе от потока в корпусе и надувном элементе.
Стержневая часть может содержать зоны с поперечным потоком, окна с рассеиванием потока, пути утечки и зоны обхода. Определение скорости потока по стержневой части с учетом общей окружности стержня не позволяет учесть эти локальные скорости. Поэтому расчеты по стержневой части не могут быть скопированы для оценки вибрации стержня или поведения зоны рассеивания потока.
Скорость потока через насадку основана на собственной внутренней площади насадки. Большая средняя площадь трубы может сосуществовать с относительно небольшим входом в насадку, поэтому удовлетворительная средняя площадь трубы не исключает возможного локального сбоя в подаче воды. При изучении наблюдаемой картины износа или неожиданно высоких потерь давления необходимо определить геометрию входа и распределение потока.
Для обсуждения конкретных продуктов см. YIYI сантехнический многоступенчатый теплообменник с оболочками и трубками. Публикации с изображениями рамок иллюстрируют схему прокладки и соединения, тогда как утвержденный чертеж должен указывать фактическую внутреннюю площадь и расположение элементов. Перед вычислением скорости для указанной единицы необходимо запросить эти размеры и характеристики устройства.
Укажите минимальные, стандартные и максимальные условия эксплуатации
Запросите рейтинг при наименьшем устойчивом потоке производства, обычном случае, и максимальном ожидаемом случае. Включите данные о пуске и наиболее густой ситуации, если они могут влиять на требования к насосу или его режим работы. Укажите, какая температура вывода требуется в каждом случае, и изменяется ли расход ниток в зависимости от системы управления.
Проверьте системы обратного отвода и рециркуляции. Уровень потока в системе, расположенный выше обратного отвода, не обязательно отражает уровень потока в теплообменнике. Запишите место установки датчика и любые невычисленные потери. Если приборы не позволяют определить фактический уровень потока в теплообменнике, устраните эту проблему измерения, прежде чем приписывать плохие показатели предполагаемому скорости потока в трубе.
Для получения подробных гидравлических характеристик используйте Руководство по снижению давления в трубах с кожухом и трубкой. В нем рассматривается вопрос о том, как определить и оценить потерю давления. Расчет скорости в данной статье служит вкладом в этот анализ, а не его заменой.
Диагностировать изменение с помощью более чем одного инструмента
Если у перекачивающего оборудования происходит утечка, необходимо регистрировать как потоки, так и температуры входа и выхода, а также показания давления в определенных точках. Затем сравнить эти значения с контрольной базой при аналогичных условиях. Изменение температуры полезной нагрузки, вязкости продукта или положения перегонного клапана может служить причиной такого явления без необходимости в изменении чистоты труб.
Увеличение разности давления при сравнимом потоке может потребовать проведения исследования, но это не является доказательством какого-либо конкретного механизма образования осадка. Аналогичным образом, стабильное снижение давления не свидетельствует о наличии чистых поверхностей теплопередачи. Анализируйте тепловые и гидродинамические данные вместе и проверяйте оборудование с использованием соответствующих процедур изоляции и проверки.
Эт Руководство по сопротивлению загрязнению теплообменников рассказывает о тепловой стороне этой диагностики. Руководство по обслуживанию упаковки помогает планировать доступ. Перед выбором способа очистки необходимо подтвердить конструкцию и состояние; увеличение скорости не должно служить заменой поиска причины.
Установить проверки приемлемости и правило контроля за изменениями
Во время приемки проверьте установленную схему подавления потока, количество активных труб, местоположение датчика расхода и исходные параметры среды. Запишите измеренный расход вместе с данными о рабочем давлении и потерях. Измерьте скорость движения, используя этот задокументированный метод измерения, а не считать номинальный расход на основании фактического рабочего состояния.
Определите, что требует перераспределения: замена труб, изменение концентрации продукта, использование более густой жидкости, изменение количества циклов промывки или замена перегородок. Сохраняйте пересмотренное расчётное значение и подтверждение в документации по эксплуатации. Небольшие геометрические изменения могут иметь значительные последствия, поскольку площадь потока зависит от квадрата диаметра.
Для получения ответа укажите массу или объемный расход в трубе, данные о свойствах, температуры, предельные значения падения давления, информацию о твердых веществах, условия очистки и ожидаемую степень снижения давления. Попросите поставщика указать рекомендованный внутренний диаметр, активную параллельную площадь, расположение отверстий и скорость в каждом из возможных режимов работы. Это обеспечит более обоснованный выбор, чем использование общих значений.
В следующем видеоролике из серии LearnChemE показаны расчетный показатель ренольдсовых чисел и соответствие размеров. Используйте его для проверки взаимосвязи между условиями потока и безмерными группами; для оценки эффективности теплообменника необходимы фактическая геометрия и данные о физических свойствах жидкости.
Смотрите «Безмерные группы» (пример с числом Рейнольдса) от LearnChemE
Часто задаваемые вопросы
Какой диаметр следует использовать для расчета скорости потока в трубе?
Для площади жидкости в трубной стороне используйте внутренний диаметр трубки. Убедитесь в правильности заданного размера стенки и фактического внутреннего диаметра и учитывайте только открытые параллельные трубки в исследуемой пробе.
Улучшает ли добавление трубных переходов работу теплообменника?
Нет. Более низкий уровень параллельных путей может повысить скорость потока при данном режиме работы, но также меняются потери давления, распределение и тепловая эффективность. Сравните полную характеристику с фактическими ограничениями нагрузки и производительности насоса.
Существует ли универсальный максимальный скорость потока?
Нет. Приемлемая величина зависит от свойств жидкости, твердого материала, материалов, геометрических параметров и условий эксплуатации. Получите для конкретной сферы применения ограничения и характеристики, а не копируйте число из не относящегося к этой сфере применения приложения.
Что происходит с скоростью при запуске труб?
При неизменном потоке уменьшение активной площади параллельного потока увеличивает среднюю скорость. Перед утверждением продолжения работы необходимо пересчитать каждый затронутый участок и проанализировать потери давления и износ материала.
