Vấn đề dòng chảy bể dài
Bể dài hẹp-điển hình của mạ dải liên tục, xử lý dây và dây chuyền PCB tự động-bị đoản mạch-. Chất lỏng xử lý đi vào ở một đầu sẽ chảy trực tiếp đến đầu ra ở đầu đối diện mà không trộn lẫn hoàn toàn trên chiều rộng bể. Cấu hình vận tốc không-đồng đều. Hệ thống sưởi không-đồng đều. Chất lượng xử lý hoặc mạ khác nhau tùy theo chiều rộng của sản phẩm.
Các giải pháp thông thường thêm các vách ngăn riêng biệt-các tấm dọc kéo dài theo chiều rộng bể-để chuyển hướng dòng chảy và thúc đẩy quá trình trộn. Những vách ngăn này chiếm thể tích bể, tăng thêm chi phí và làm phức tạp việc vệ sinh bể.
Bộ trao đổi nhiệt PTFE, được thiết kế với hình học và độ cứng kết cấu phù hợp, có thể đóng vai trò vừa là nguồn nhiệt vừa là vách ngăn điều hướng dòng chảy. Bó ống, được bố trí trong mặt phẳng thẳng đứng vuông góc với hướng dòng chảy, hoạt động như một vách ngăn một phần trong khi diện tích bề mặt lớn của nó mang lại khả năng sưởi ấm đồng đều. Một tổ hợp thực hiện hai chức năng, giảm độ phức tạp của bể chứa và giải phóng khối lượng cho sản xuất.
Yêu cầu về thiết kế chức năng kép-
Để hoạt động như một vách ngăn cấu trúc, bó ống PTFE phải trải dài trên toàn bộ chiều rộng bể và một phần đáng kể độ sâu của bể. Lưới ống được bố trí trong mặt phẳng thẳng đứng với nhiều hàng và cột ống. Khoảng cách giữa các ống xác định khả năng chống dòng chảy của vách ngăn: khoảng cách gần hơn làm tăng sự chuyển hướng dòng chảy và giảm áp suất; khoảng cách rộng hơn cho phép luồng-đi qua nhiều hơn và giảm hiệu ứng vách ngăn.
Khoảng cách ống tối ưu giúp cân bằng chức năng vách ngăn (chuyển hướng dòng chảy) với chức năng gia nhiệt (tối đa hóa bề mặt truyền nhiệt) và giảm áp suất (ảnh hưởng đến năng lượng bơm). Phân tích động lực học chất lỏng tính toán của hình dạng bể cụ thể xác định khoảng cách đạt được kiểu dòng chảy mong muốn trong khi vẫn đáp ứng nhiệm vụ gia nhiệt.
Cấu trúc hỗ trợ cho bộ trao đổi chức năng{0}}vách ngăn phải chịu được lực thủy động lực từ dòng chuyển hướng. Dòng chảy tạo ra một tải trọng phân bố lên bó ống, tải trọng này được truyền qua các ống tới khung đỡ và cuối cùng đến thành hoặc sàn bể. Thiết kế hỗ trợ chắc chắn hơn so với cuộn dây ngâm tiêu chuẩn, kết hợp thêm các thanh giằng chéo và điểm neo.
Bảng 1: Thông số thiết kế vách ngăn/bộ trao đổi nhiệt PTFE chức năng kép-(Dài 6m × rộng 1m × Bể sâu 1,5m)
| Thông số thiết kế | Hệ thống sưởi-Chỉ thiết kế | Thiết kế hệ thống sưởi + vách ngăn | Lý do thiết kế |
|---|---|---|---|
| Định hướng lưới ống | Ngang (lưới sàn) | Dọc (-mặt phẳng xe tăng) | Hướng dọc đóng vai trò là rào cản dòng chảy |
| Số lượng bộ phận trao đổi/vách ngăn | 1 (cuối hoặc giữa) | 2-3 (cách đều nhau dọc theo chiều dài bể) | Nhiều vách ngăn tạo đường dẫn dòng chảy ngoằn ngoèo |
| Khoảng cách ống (dọc × ngang, mm) | 25 × 25 | 20 × 20 (chặt hơn để tạo hiệu ứng vách ngăn) | Khoảng cách chặt chẽ hơn làm tăng sự chuyển hướng dòng chảy |
| Lưới bao phủ mặt cắt ngang bể- (%) | 60-70% (diện tích sàn) | 80-90% (diện tích mặt cắt ngang) | Phạm vi bảo hiểm lớn hơn để ngăn chặn hiệu quả |
| Thiết kế khung hỗ trợ | Nhẹ; hỗ trợ trọng lượng bản thân | Mạnh mẽ; hỗ trợ tải thủy động | Lực dòng chảy có thể vượt quá trọng lượng bản thân |
| Điểm neo khung | 2-4 (vành thùng hoặc sàn) | 4-8 (tường và sàn bể) | Chuyển tải vách ngăn sang cấu trúc bể |
| Độ dày thành ống (mm) | 1.0 (tiêu chuẩn) | 1,2-1,5 (tăng độ cứng) | Giảm độ lệch ống dưới tải dòng chảy |
| Giảm áp trên đơn vị (Pa) | < 50 | 100-300 | Mức tăng chấp nhận được để cải thiện quá trình trộn |
Tính toán tải trọng thủy động lực
Lực dòng chảy trên bó ống được tính toán từ áp suất động của dòng chảy đến gần và hệ số cản của mảng ống. Đối với-tốc độ dòng chảy ngang là 0,3 m/s trong bể mạ thông thường, áp suất động là khoảng 50 Pa. Lực kéo trên một ống 10 mm ở vận tốc này là khoảng 0,15 N trên mỗi mét chiều dài ống.
Đối với lưới vách ngăn có 40 ống trên một mét vuông diện tích mặt cắt ngang,{1}}tổng tải trọng phân bổ là khoảng 6 N/m2 diện tích mặt vách ngăn. Tải trọng khiêm tốn này có thể dễ dàng được hỗ trợ bởi lưới ống PTFE. Tuy nhiên, tải là liên tục và dòng chảy theo chu kỳ-thay đổi theo tốc độ bơm và tốc độ sản xuất-nên thiết kế hỗ trợ phải giải quyết được độ mỏi cũng như độ bền tĩnh.
Khung hỗ trợ kết hợp các thành phần cấu trúc PTFE hoặc PVDF có kích thước phù hợp với tải trọng tính toán với hệ số an toàn là 3 về cường độ năng suất ở nhiệt độ vận hành tối đa. Các kết nối khung với cấu trúc bể sử dụng ốc vít cách điện -PTFE để ngăn chặn sự ăn mòn điện.
Hiệu suất nhiệt và dòng chảy
Thiết kế-chức năng kép mang lại khả năng sưởi ấm đồng đều hơn so với lưới gắn trên sàn-tiêu chuẩn vì hướng vách ngăn thẳng đứng buộc chất lỏng xử lý chảy qua bó ống thay vì dâng lên qua nó. Mỗi phần tử chất lỏng đi gần bề mặt ống được làm nóng. Cấu hình-dòng chảy chéo đạt được hệ số truyền nhiệt bên ngoài cao hơn so với đối lưu tự nhiên chiếm ưu thế trong các bể không có vách ngăn.
Sự cân bằng-là tăng năng lượng bơm để khắc phục sự sụt giảm áp suất trên mỗi vách ngăn. Đối với hầu hết các ứng dụng bể mạ-tốc độ thấp, mức giảm áp suất là 100-300 Pa trên mỗi vách ngăn-tương đương với cột nước 10-30mm-và năng lượng bơm bổ sung là không đáng kể.
Bản tóm tắt
Bộ trao đổi nhiệt PTFE được thiết kế như một vách ngăn kết cấu kết hợp hướng gia nhiệt và dòng chảy trong một bộ phận lắp ráp duy nhất. Lưới ống thẳng đứng trải dài theo mặt cắt ngang của bể-, chuyển hướng dòng chảy để tránh đoản mạch-trong khi vẫn cung cấp nhiệt đồng đều cho toàn bộ chiều sâu của bể. Khoảng cách ống gần hơn, khung đỡ chắc chắn và độ dày thành ống tăng giúp thiết kế bộ trao đổi nhiệt PTFE tiêu chuẩn phù hợp với yêu cầu về chức năng kép.
Thiết kế tích hợp giúp giảm độ phức tạp của bể, giải phóng khối lượng sản xuất và cải thiện cả hiệu suất nhiệt và thủy lực so với các hệ thống sưởi ấm và vách ngăn riêng biệt.
Hỗ trợ kỹ thuật cho thiết kế vách ngăn/bộ trao đổi nhiệt PTFE có-chức năng kép được cung cấp khi gửi kích thước bể, tốc độ dòng chảy, cấu hình khuấy trộn, công suất gia nhiệt và kiểu dòng chảy mong muốn.
