Quali strategie impediscono la cattiva distribuzione del flusso in uno scambiatore in PTFE che funziona con flussi laterali del guscio- bassi?

In uno scambiatore in PTFE, un basso flusso lato mantello- può semplicemente gocciolare attraverso gli enormi spazi di bypass attorno al fascio tubiero, prendendo il percorso di minor resistenza e creando poco contatto con la superficie di trasferimento del calore. Evitare questo bypass è fondamentale per ottenere le massime prestazioni termiche da situazioni di flusso limitato.

Maldistribuzione del flusso laterale del guscio Natura di
In uno scambiatore in PTFE a basso flusso con cattiva distribuzione del flusso sul lato mantello, il fluido sul lato mantello ha diversi canali di flusso concorrenti. Il fluido viene, idealmente, condotto attraverso il fascio tubiero dove avviene il trasferimento di calore. In realtà, ci sono altri percorsi a bassa resistenza:

Bypass del flusso tra la parete del mantello e il fascio

Perdita di spazio tra il deflettore-e-l'involucro

Cortocircuito nel tubo-per-interstizi del deflettore

La quantità di moto aiuta a distribuire il fluido in modo più uniforme a portate più elevate. Tuttavia, a livelli di flusso bassi, la pressione motrice è modesta e il flusso tende a concentrarsi sui percorsi più facili possibili. Pertanto, gran parte del fluido potrebbe bypassare completamente il fascio tubiero, determinando uno scarso utilizzo termico e una minore efficienza dello scambiatore.

Maldistribuzione del flusso basso: meccanismi critici
Il problema principale a basse velocità lato mantello- è la mancanza di differenza di pressione per superare le resistenze alle perdite. Il fluido passa preferenzialmente attraverso:

Distanza dal guscio al deflettore

Lacune del fascio tubiero periferico

Zone di bassa resistenza al flusso vicino alle aree di aspirazione

Quando prevale il flusso di bypass, l'effettiva area di trasferimento del calore viene notevolmente ridotta anche se la superficie effettiva dello scambiatore di calore rimane simile.

Strategie di progettazione per Shell-Side Flow
Gioco del deflettore e del guscio, regolazione
Il modo più semplice per controllare la cattiva distribuzione è ridurre le vie di perdita restringendo le tolleranze meccaniche. Standard come TEMA stabiliscono le distanze accettabili tra:

Diametro esterno, deflettore, guscio, parete interna

Limite esterno del fascio tubiero e della parete del mantello

Fori per tubi e deflettori

Diminuendo questi spazi si riduce il flusso di bypass e si spinge più fluido attraverso il fascio tubiero. Tuttavia il vincolo meccanico deve essere evitato considerando le tolleranze di produzione e le dilatazioni termiche.

Utilizzo della striscia sigillante
Le strisce di tenuta poste lungo la periferia del fascio tubiero vengono spesso utilizzate per bloccare i passaggi di bypass tra il fascio e il guscio. Queste strisce agiscono come barriere fisiche per deviare il flusso dal lato del mantello verso la regione del fascio tubiero.

La progettazione delle strisce di tenuta negli scambiatori in PTFE deve tenere conto della flessibilità del materiale e delle proprietà di espansione termica del materiale, per garantire che le proprietà di tenuta siano mantenute alle temperature di esercizio.

Ottimizzazione della geometria del deflettore
Il design del deflettore è fondamentale per la dispersione del flusso. Dimensioni di taglio più piccole sul deflettore aumentano la frazione di flusso pressata attraverso il fascio tubiero e non consentita al bypass assiale. Ma se il taglio del deflettore viene ridotto eccessivamente, la caduta di pressione aumenterà notevolmente.

È possibile utilizzare deflettori completi (taglio minimo o nullo, con spazi controllati) per imporre una disposizione principalmente del flusso incrociato-per applicazioni con portate molto basse.

Disposizioni di deflettori elicoidali
Soluzioni più sofisticate sono i sistemi di deflettori elicoidali o a spirale. Queste caratteristiche incanalano il fluido lato-del guscio in uno schema elicoidale continuo, migliorando il comportamento simile al-flusso-e riducendo al minimo le zone stazionarie.

I deflettori elicoidali sono più costosi e tecnicamente più complessi, ma riducono notevolmente la suscettibilità alle perdite e alla cattiva distribuzione. Ciò li rende particolarmente efficaci nei sistemi PTFE a basso-flusso dove i deflettori segmentali convenzionali hanno difficoltà a ottenere una distribuzione uniforme.

Regole di progettazione per il funzionamento a flusso laterale-con shell basso
È possibile riassumere alcune idee progettuali di base per mitigare efficacemente i problemi di cattiva distribuzione del flusso lato mantello dello scambiatore in PTFE a basso flusso:

Ridurre al minimo le distanze tra deflettore e guscio e tra fascio e guscio entro limiti accettabili

Sigillare i tubi di bypass periferici con strisce di tenuta

Aumenta-la frazione del flusso incrociato nel fascio tubiero riducendo il taglio del deflettore

Utilizzo di deflettori elicoidali per aumentare l'omogeneità del flusso a portate molto basse

Assicurarsi che la distribuzione in ingresso sia il più uniforme possibile per evitare getti localizzati