ٹیوب کی لمبائی-سے-قطر کا تناسب مشتعل ٹینکوں میں PTFE ہیٹ ایکسچینجر کی کارکردگی کو کیسے متاثر کرتا ہے؟

فلو پیٹرن جو L/D اثر کی وضاحت کرتا ہے۔

مکینیکل ایجیٹیشن کے ساتھ پلیٹنگ ٹینک میں نصب ایک وسرجن PTFE ہیٹ ایکسچینجر ٹیوب بنڈل میں بہنے والے پروسیس فلو کے ساتھ کام کرتا ہے۔ تحریک ٹیوب بنڈل کے آس پاس 0.2-0.8 m/s کی رفتار کے ساتھ گردش کرنے والے بہاؤ کا نمونہ بناتی ہے۔

بنڈل میں ہر ٹیوب کے قریب آنے والا بہاؤ یکساں نہیں ہے۔ بنڈل کے سرکردہ کنارے کے قریب موجود ٹیوبیں مکمل نقطہ نظر کی رفتار کو دیکھتی ہیں، جب کہ بنڈل کے اندرونی حصے میں موجود نلیاں کم رفتار دیکھتی ہیں کیونکہ بہاؤ کو جزوی طور پر اوپر والی ٹیوبوں کے ذریعے روک دیا جاتا ہے۔ رفتار کی تقسیم کا انحصار ٹیوب میں وقفہ کاری، بنڈل جیومیٹری، اور بہاؤ کی سمت پر ہوتا ہے۔

لمبائی-سے-قطر کا تناسب اس بات کا تعین کر کے بہاؤ کے پیٹرن کو متاثر کرتا ہے کہ آیا ٹیوب بنڈل میں داخل ہونے والا بہاؤ ٹیوب کی لمبائی کے ساتھ ایک باؤنڈری پرت تیار کرتا ہے یا ٹیوب سپورٹ اور بنڈل جیومیٹری سے باؤنڈری پرت میں خلل پڑتا ہے۔ ایک اعلی L/D تناسب باؤنڈری پرت کو مکمل طور پر ترقی کرنے کی اجازت دیتا ہے، جو گرمی کی منتقلی کے گتانک کو کم کرتا ہے۔ کم L/D تناسب باؤنڈری پرت میں خلل ڈالتا ہے، جس سے حرارت کی منتقلی کے گتانک میں اضافہ ہوتا ہے۔

L/D تناسب اور ترقی پذیر باؤنڈری لیئر

کراس- بہاؤ میں ایک ٹیوب پر باؤنڈری پرت پہلے کنارے سے تیار ہوتی ہے اور ٹیوب کی لمبائی کے ساتھ موٹائی میں بڑھتی ہے۔ اعلی L/D تناسب والی ٹیوب کے لیے، باؤنڈری پرت زیادہ تر ٹیوب کی لمبائی پر مکمل طور پر تیار ہو جاتی ہے، اور حرارت کی منتقلی کے گتانک کا تعین مکمل طور پر ترقی یافتہ بہاؤ کی حالت سے ہوتا ہے۔ کم L/D تناسب والی ٹیوب کے لیے، باؤنڈری پرت اب بھی زیادہ تر ٹیوب کی لمبائی پر ترقی کر رہی ہے، اور حرارت کی منتقلی کا گتانک زیادہ ہے کیونکہ باؤنڈری پرت پتلی ہے۔

تھرمل اندراج کی لمبائی، جو کہ درجہ حرارت کے پروفائل کو مکمل طور پر تیار ہونے کے لیے درکار فاصلہ ہے، رینالڈس نمبر اور پرانڈٹل نمبر کے متناسب ہے۔ 100 کے Prandtl نمبر اور 100 کے Reynolds نمبر کے ساتھ چپکنے والے سیال کے لیے، تھرمل اندراج کی لمبائی تقریباً 50 ٹیوب قطر ہے۔ 50 سے کم کے L/D تناسب والی ٹیوب کے لیے، بہاؤ تھرمل انٹری ریجن میں ہے، اور حرارت کی منتقلی کا گتانک مکمل طور پر ترقی یافتہ قدر سے زیادہ ہے۔

پانی-جیسے سیال کے لیے جس کا پرانڈٹل نمبر 7 اور رینالڈس نمبر 500 ہوتا ہے، تھرمل اندراج کی لمبائی تقریباً 20 ٹیوب قطر ہوتی ہے۔ ایک ٹیوب کے لیے جس کا L/D تناسب 20 سے کم ہو، بہاؤ تھرمل انٹری والے علاقے میں ہوتا ہے۔

L/D تناسب اور تحریک کا بہاؤ

مشتعل ٹینک میں، ٹیوب بنڈل سے متعلق بہاؤ کی سمت طے نہیں ہوتی ہے۔ ایجی ٹیشن ایک گردش کرنے والا بہاؤ پیدا کرتا ہے جو مشتعل کے گھومنے کے ساتھ ہی سمت بدلتا ہے۔ ٹیوبوں میں ایک بہاؤ نظر آتا ہے جو سمت اور وسعت میں گھومتا ہے، جو باؤنڈری پرت کی نشوونما کو متاثر کرتا ہے۔

ایک اعلی L/D تناسب والا ٹیوب بنڈل تحریک کے بہاؤ کے لیے ایک لمبا بہاؤ راستہ پیش کرتا ہے، اور بہاؤ کو بنڈل کے ارد گرد موڑ دیا جا سکتا ہے بجائے اس کے کہ اس کے ذریعے۔ کم L/D تناسب والا بنڈل ایک چھوٹا بہاؤ کا راستہ پیش کرتا ہے اور بہاؤ کو بنڈل میں زیادہ آسانی سے گھسنے دیتا ہے۔

بنڈل جیومیٹری بہاؤ کی تقسیم کو بھی متاثر کرتی ہے۔ ایک اعلی L/D تناسب والے بنڈل میں بہاؤ کی سمت میں ٹیوب کی قطاروں کی ایک بڑی تعداد ہوتی ہے، جو بہاؤ کی مزاحمت کو بڑھاتی ہے اور بنڈل کے اندرونی حصے میں رفتار کو کم کرتی ہے۔ کم L/D تناسب والے بنڈل میں ٹیوب کی کم قطاریں ہوتی ہیں، جو بہاؤ کی مزاحمت کو کم کرتی ہے اور اندرونی حصے میں رفتار کو بڑھاتی ہے۔

مشتعل ٹینک سروس کے لیے بہترین L/D تناسب

مشتعل ٹینک میں ڈوبنے والے PTFE ہیٹ ایکسچینجر کے لیے بہترین L/D تناسب تحریک کی شدت، سیال کی خصوصیات اور گرمی کے بوجھ پر منحصر ہے۔ 0.3–0.5 m/s کی رفتار کے ساتھ اعتدال پسند تحریک کے لیے، بہترین L/D تناسب عام طور پر 20-40 ہوتا ہے۔ 0.5-0.8 m/s کی رفتار کے ساتھ زیادہ تحریک کے لیے، بہترین L/D تناسب 15-30 ہے۔

کم L/D تناسب زیادہ حرارت کی منتقلی کا گتانک فراہم کرتا ہے لیکن مطلوبہ سطح کے رقبے کو حاصل کرنے کے لیے بڑی تعداد میں ٹیوب پاسز یا بڑے بنڈل فوٹ پرنٹ کی ضرورت ہوتی ہے۔ ایک اعلی L/D تناسب کم حرارت کی منتقلی کا گتانک فراہم کرتا ہے لیکن زیادہ کمپیکٹ بنڈل کی اجازت دیتا ہے۔

گرمی کی منتقلی کی کارکردگی اور بنڈل کے سائز کے درمیان تجارت-آف ہے۔ بہترین L/D تناسب وہ ہے جو کم سے کم کل لاگت پر مطلوبہ گرمی کا بوجھ فراہم کرتا ہے، بشمول سرمایہ کی قیمت اور آپریٹنگ لاگت۔

ہیٹ ٹرانسفر گتانک پر L/D اثر کی مقدار

مندرجہ ذیل جدول میں 0.4 m/s کے پروسیس فلوئیڈ کی رفتار اور 20 کے پرانڈٹل نمبر کے ساتھ ایک مشتعل ٹینک میں مختلف L/D تناسب کے لیے حرارت کی منتقلی کے قابلیت اور مطلوبہ سطح کے رقبے کا خلاصہ کیا گیا ہے۔

حرارت کی منتقلی کے قابلیت کی قدریں کراس-فلو ٹیوب بنڈلز کے لیے زوکاسکاس کے ارتباط پر مبنی ہیں، جو کم L/D تناسب پر ترقی پذیر بہاؤ کے نظام کے لیے ایڈجسٹ کی گئی ہیں۔ مطلوبہ سطح کا رقبہ 10 ڈگری کے درجہ حرارت کے فرق کے ساتھ 20 کلو واٹ گرمی کے بوجھ کے لیے شمار کیا جاتا ہے۔

ٹیوب قطر کا اثر

ٹیوب کا قطر دی گئی ٹیوب کی لمبائی کے لیے L/D تناسب کو متاثر کرتا ہے۔ ایک چھوٹے قطر کی ٹیوب میں اسی لمبائی کے لیے L/D کا تناسب زیادہ ہوتا ہے، جس کا مطلب ہے کہ باؤنڈری پرت کے مکمل طور پر تیار ہونے کا امکان زیادہ ہوتا ہے۔ ایک بڑے قطر کی ٹیوب میں L/D کا تناسب کم ہوتا ہے، جس کا مطلب ہے کہ باؤنڈری پرت کے داخلے کے علاقے میں ہونے کا امکان زیادہ ہوتا ہے۔

1.0 میٹر کی ٹیوب کی لمبائی کے لیے، ایک 6 ملی میٹر ٹیوب کا L/D تناسب 167 ہے، جو مکمل طور پر ترقی یافتہ نظام میں ہے۔ ایک 25 ملی میٹر ٹیوب کا L/D تناسب 40 ہے، جو مکمل طور پر ترقی یافتہ نظام کے قریب پہنچ رہا ہے۔ ایک 50 ملی میٹر ٹیوب میں 20 کا L/D تناسب ہوتا ہے، جو کہ جزوی طور پر ترقی یافتہ نظام میں ہے۔

چھوٹے قطر کی ٹیوب میں فی یونٹ رقبہ حرارت کی منتقلی کا گتانک زیادہ ہوتا ہے لیکن فی یونٹ لمبائی میں سطح کا رقبہ کم ہوتا ہے۔ بڑے قطر کی ٹیوب میں فی یونٹ رقبہ حرارت کی منتقلی کا گتانک کم ہوتا ہے لیکن فی یونٹ لمبائی میں سطح کا رقبہ زیادہ ہوتا ہے۔

ڈیزائن کی خصوصیات جو L/D تناسب کو بہتر بناتی ہیں۔

متعدد ڈیزائن کی خصوصیات مشتعل ٹینک سروس کے لیے L/D تناسب کو بہتر بناتی ہیں۔

منقسم ٹیوب بنڈل۔ٹیوب بنڈل کو انٹرمیڈیٹ سپورٹ کے ساتھ حصوں میں تقسیم کرنے سے باؤنڈری پرت ٹوٹ جاتی ہے اور حرارت کی منتقلی کے گتانک میں اضافہ ہوتا ہے۔ منقسم بنڈل میں ایک موثر L/D تناسب ہے جو اصل ٹیوب کی لمبائی سے کم ہے۔

فنڈ یا بہتر ٹیوب.پنکھوں یا نالیوں والی ٹیوب کی سطح سطح کے رقبے کو بڑھا کر اور ہنگامہ خیزی کو فروغ دے کر حرارت کی منتقلی کے گتانک کو بڑھاتی ہے۔ بہتر سطح خاص طور پر کم L/D تناسب پر موثر ہے۔

بہترین ٹیوب وقفہ کاری.ایک ٹیوب کا وقفہ جو تحریک کے بہاؤ کو بنڈل میں گھسنے کی اجازت دیتا ہے اندرونی حصے میں رفتار اور حرارت کی منتقلی کے گتانک کو بڑھاتا ہے۔ ٹیوب کے بیرونی قطر سے 1.5-2.0 گنا وقفہ کرنے کی سفارش کی جاتی ہے۔

بنڈل واقفیت.ٹیوب بنڈل کو ایجیٹیشن کے بہاؤ پر کھڑا کرنے سے کراس-بہاؤ کی رفتار اور حرارت کی منتقلی کے گتانک میں اضافہ ہوتا ہے۔ بنڈل کو بہاؤ کے متوازی سمت دینے سے رفتار اور گتانک کم ہو جاتے ہیں۔

اشتعال انگیزی کی اصلاح۔تحریک کی شدت کو بڑھانے سے ٹیوب بنڈل پر بہاؤ کی رفتار اور حرارت کی منتقلی کے گتانک میں اضافہ ہوتا ہے۔ تحریک کی طاقت امپیلر کی رفتار کے کیوب کے ساتھ بڑھتی ہے، لہذا اصلاح کو بجلی کی قیمت پر غور کرنا چاہئے۔

مشتعل ٹینک سروس کے لیے L/D تناسب کا موازنہ کرنا

مندرجہ ذیل جدول 20 کلو واٹ کے ہیٹ لوڈ اور $400 فی گھنٹہ کی پیداواری قیمت کے ساتھ ایک مشتعل ٹینک میں مختلف L/D تناسب کے لیے پانچ-سال کی کل لاگت کا خلاصہ کرتا ہے۔

پانچ-سال کی کل لاگت کو 15–20 کے L/D تناسب سے کم کیا جاتا ہے۔ نچلے L/D تناسب میں سرمایہ کی لاگت کم ہوتی ہے لیکن ایجی ٹیشن لاگت زیادہ ہوتی ہے کیونکہ زیادہ کمپیکٹ بنڈل کو اسی بہاؤ کی رفتار حاصل کرنے کے لیے زیادہ ایجیٹیشن پاور کی ضرورت ہوتی ہے۔ اعلی L/D تناسب میں سرمایہ کی قیمت زیادہ ہوتی ہے جو کم ایجی ٹیشن لاگت سے پورا نہیں ہوتی۔

مشتعل ٹینک سروس کے لیے تفصیلات کے پیرامیٹرز

مشتعل ٹینک سروس کے لیے ایک وسرجن PTFE ہیٹ ایکسچینجر کی وضاحت کرنے والے آلات کے انجینئرز کو فراہم کنندہ کے ساتھ درج ذیل پیرامیٹرز کی تصدیق کرنی چاہیے۔

تحریک کی شدت۔ٹیوب بنڈل کے آس پاس میں تحریک کی قسم اور بہاؤ کی رفتار کی وضاحت کریں۔

سیال کی خصوصیات۔عمل کے سیال کی viscosity، density، اور Prandtl نمبر کی وضاحت کریں۔

گرمی کا بوجھ۔گرمی کا بوجھ اور متوقع حد کی وضاحت کریں۔

L/D تناسب۔تحریک کی شدت اور سیال کی خصوصیات کی بنیاد پر بہترین L/D تناسب کی وضاحت کریں۔

ٹیوب قطر.L/D تناسب اور سطح کے رقبے کی ضرورت کی بنیاد پر ٹیوب قطر کی وضاحت کریں۔

ٹیوب کا فاصلہ۔ٹیوب کے درمیان وقفہ کاری کی وضاحت کریں۔ ٹیوب کے بیرونی قطر سے 1.5-2.0 گنا وقفہ کرنے کی سفارش کی جاتی ہے۔

بنڈل واقفیت.تحریک کے بہاؤ کے سلسلے میں بنڈل کی واقفیت کی وضاحت کریں۔

سطح کا علاقہ۔حرارت کے بوجھ اور حرارت کی منتقلی کے گتانک کے لیے درکار سطحی رقبہ کی وضاحت کریں۔

مشتعل ٹینک کی حالتوں سے L/D کا تناسب

ٹیوب کی لمبائی-سے-قطر کا تناسب حرارت کی منتقلی کے گتانک اور مطلوبہ سطح کے رقبے کو متاثر کرتا ہے ایک وسرجن PTFE ہیٹ ایکسچینجر میں مشتعل ٹینک کی خدمت کے لیے۔ ایک کم L/D تناسب زیادہ گرمی کی منتقلی کا گتانک فراہم کرتا ہے لیکن اس کے لیے زیادہ کمپیکٹ بنڈل اور زیادہ ایجیٹیشن پاور کی ضرورت ہوتی ہے۔ ایک اعلی L/D تناسب کم حرارت کی منتقلی کی گتانک فراہم کرتا ہے لیکن زیادہ توسیع شدہ بنڈل اور کم تحریک کی طاقت کی اجازت دیتا ہے۔

زیادہ سے زیادہ L/D تناسب عام طور پر اعتدال پسند تحریک کے لیے 15–20 اور زیادہ تحریک کے لیے 10–15 ہے۔ بہترین تناسب ملکیت کی کل لاگت کو کم کرتا ہے، بشمول سرمایہ کی لاگت اور ایجی ٹیشن لاگت۔

PTFE ہیٹ ایکسچینجر کے اختیارات کا جائزہ لینے والی ٹینک کی سہولیات کے لیے، L/D تناسب کو پروکیورمنٹ دستاویزات میں بیان کیا جانا چاہیے اور کمیشننگ کے وقت اس کی تصدیق کی جانی چاہیے۔ ہو سکتا ہے کہ مینوفیکچرر کی طرف سے فراہم کردہ ڈیفالٹ کنفیگریشن مخصوص ایجی ٹیشن حالات کے لیے بہتر نہ ہو، اور اس کے نتیجے میں گرمی کی منتقلی کا گتانک ڈیزائن کی قدر سے مماثل نہ ہو۔

مشتعل ٹینک یا دیگر وسرجن سروس کے لیے پی ٹی ایف ای ہیٹ ایکسچینجر کی تفصیلات کا جائزہ لینے والے آلات کے انجینئرز اور پروکیورمنٹ ماہرین ایجی ٹیشن کی شدت، سیال کی خصوصیات، گرمی کا بوجھ، L/D تناسب، ٹیوب کے قطر، اور ٹیوب کے وقفے کو شامل کرنے کے لیے ڈیزائن کے جائزے کی درخواست کر سکتے ہیں تاکہ یہ تصدیق کی جا سکے کہ یونٹ ٹینک کے اصل حالات اور آپریٹنگ لاگت کے ڈھانچے سے مماثل ہے۔