쉘{0}}측면 레이놀즈 수가 PTFE 교환기에서 흐름-유도 튜브 진동의 시작에 어떤 영향을 미치나요?

열 교환기의 PTFE 튜브는 쉘 측의 낮은 유속에서 조용하고 안정적입니다. 그러나 쉘{1}}측 속도가 증가하면 숨겨진 수리학적 임계값을 넘을 수 있습니다. 유체 속도, 난류 강도, 튜브 유연성 및 지지 간격이 결정적으로 결합되어 흐르는 액체가 예기치 않게 튜브 번들을 동적으로 자극할 수 있습니다. 결과적으로 흐름-으로 인한 진동이 발생합니다. 이전에 정적인 튜브가 흔들리기 시작하고 진동하며 어떤 경우에는 지지대에 부딪혀 가청 소리와 함께 덜거덕거리는 현상이 발생합니다.

따라서 쉘측 레이놀즈 수와 튜브 진동 사이의 연결은 불소중합체 열교환기 설계에서 가장 필수적인 기계적{0}}유압 상호 작용 중 하나이며 PTFE 교환기의 성능도 이와 관련되어 있습니다.

Shell Side Flow의 레이놀즈 수는 무엇입니까?
레이놀즈 수는 유체 흐름의 특성을 설명하는 무차원 수입니다. 이는 다음의 영향이 혼합된 것입니다.

유체의 속도

유체의 밀도

액체의 점도

유압 직경 특성

쉘{0}}측 교환기 흐름에서 레이놀즈 수는 유체 흐름이 일반적으로 부드러운 층류인지, 활발한 난류인지를 나타내는 데 사용됩니다.

레이놀즈 수가 높을수록 난류 에너지가 커집니다.
특정 튜브 번들 형상의 경우 쉘측{0}} 레이놀즈 수가 증가한다는 것은 종종 다음을 의미합니다.

더 높은 교차 흐름 속도

더 높은 강도의 난기류

더 큰 진동 압력

와류 발산의 더 큰 힘

일부 임계값 수준 아래에서는 변동하는 힘이 너무 작아서 의미 있는 방식으로 튜브 번들을 변위할 수 없습니다. 시스템은 여전히 ​​기계적으로 감쇠되고 안정적입니다.

그러나 임계점을 넘은 후에는 흐름 에너지가 튜브의 고유 진동 주파수와 강하게 결합되기 시작할 수 있습니다.

PTFE 튜브가 진동에 민감한 이유
PTFE는 높은 내화학성과 내부식성을 갖고 있지만 금속 튜브 재료보다 기계적으로 덜 견고합니다.

PTFE 튜브는 스테인레스 스틸 또는 티타늄 튜브와 비교됩니다.

감소된 영률

유연성 향상

낮아진 고유 주파수

하중이 가해지면 편향이 커집니다.

결과적으로, 진동 시작에 필요한 필수 레이놀즈 수는 일반적으로 유사한 금속 교환기보다 낮은 쉘측 속도에서 달성됩니다.

이로 인해 불소중합체 교환기 설계 시 진동에 대한 고려가 특히 중요해졌습니다.

흐름 유도 튜브 진동 메커니즘
튜브 다발을 가로질러 흐르는 난류 쉘{0}}측 유체는 각 튜브 주변의 압력장 변화를 유도합니다.

소용돌이 진동 및 발산
튜브 뒤의 교번 소용돌이는 주기적 측면 응력을 제공합니다. 낮은 유속에서는 이러한 힘이 약하고 대체로 무해합니다.

레이놀즈 수가 증가함에 따라:

난기류 수준 증가

압력 변화가 더욱 뚜렷해지고 있습니다.

더욱 응집력 있는 진동력 더욱 응집력 있는 진동력

튜브 움직임이 개선되기 시작합니다.

자극 주파수가 관의 고유 주파수에 가까우면 공명 현상이 발생할 수 있습니다.

그러면 진동 진폭이 점차적으로 증가하지 않고 빠르게 증가할 수 있습니다.

유동-탄성 불안정성: 중요한 임계값
유체{0}}탄성 불안정성에 대한 임계 속도는 교환기 설계에서 가장 중요한 설계 확인 중 하나입니다.

위험이 증가하는 이유
불안정으로의 이동은 직선이 아닙니다. 임계 유동 상태 아래에서는 감쇠 과정이 지배적이며 튜브 움직임을 억제합니다. 그 이상에서는 유체 자체가 구조가 소멸할 수 있는 것보다 더 빠른 속도로 진동 주기에 에너지를 기여하기 시작합니다.

그러면 유속이 조금만 증가해도 불균형적으로 큰 진동 진폭이 발생할 수 있습니다.

튜브 자체는 마모, 균열 또는 지지대 손상이 발생할 때까지 높은 주기 횟수로 반복해서 늘어나는 자체 피로 시험기 역할을 합니다.

과도한 진동의 일반적인 영향
흐름-으로 인한 진동을 관리하지 않으면 다음과 같은 결과가 발생합니다.

튜브 벽의 피로

지원 착용

연마 마모

튜브-대-튜브 충돌

누출 실패

번들 손상 - 치명적

PTFE 교환기의 상대적으로 부드러운 소재는 특히 지지 부위에서 장기간 진동 마모에 취약할 수 있습니다.-

레이놀즈 수에 따른 PTFE 교환기 쉘 측의 튜브 진동 분석
교환기 설계에서는 결합된 유압 및 기계 계산을 사용하여 쉘 측 레이놀즈 수, 튜브 진동 및 PTFE 교환기 안정성 간의 관계를 평가합니다.

중요 임계값에 영향을 미치는 매개변수
여러 측면이 불안정성의 출현에 영향을 미칩니다.

진동에 대한 설계 변수의 영향
쉘 측의 속도가진력 증가
튜브 스팬 길이 스팬이 길어지면 강성이 감소합니다.
튜브 직경 고유 진동수 변화
유체 밀도 더 나은 동적 부하
튜브 간격진동 저항 관리
벽 강성(PTFE)변형 동작에 영향을 미칩니다.
이러한 구성 요소의 상호 작용은 단순한--어림 추정 규칙보다 더 복잡하며 신중한 엔지니어링 연구가 필요합니다.

튜브 지지 간격의 중요성
PTFE 교환기의 진동 문제를 방지하는 가장 효과적인 도구 중 하나는 튜브 지지 간격입니다.

스팬이 짧을수록 고유 진동수는 높아집니다.
기계적으로 튜브는 유연한 빔처럼 동작합니다. 스팬의 고유 진동 주파수는 지지되지 않는 길이의 영향을 많이 받습니다.

더 많은 지원 추가:

지원되지 않는 길이 감소

튜브 강성이 성공적으로 증가했습니다.

편향 진폭 감소

고유진동수가 많이 올라가요

고유 주파수 관계가 스팬 길이에 민감하다는 것이 중요합니다. 지지되지 않는 범위가 감소함에 따라 고유 진동수는 감소 영향의 제곱만큼 증가하므로 지지 간격은 매우 강력한 대책입니다.

이는 튜브 공명 주파수를 쉘{0}}측 흐름에 의해 생성된 난류 여기의 주요 영역보다 더 높게 이동합니다.

업계 관행 및 TEMA 지침
유동 유발 진동 분석은 TEMA 원칙에 따른 쉘{0}}및-튜브 열 교환기 엔지니어링의 일상적인 활동입니다.

TEMA의 설계 고려 사항
TEMA(Tubular Exchanger Manufacturer Association) 프레임워크 내에서 다음 평가 기술은 다음과 같습니다.

횡류 속도

진동감도 1.

튜브의 고유 주파수

유체 탄성 불안정성의 한계

와류 발산에 대한 반응

PTFE 교환기에 동일한 기본 진동 개념이 적용되지만 추가 재료{0}}별 고려 사항을 고려해야 합니다.

작동 흐름 조건이 교환기의 예상 작동 범위에 대한 임계 불안정 영역에서 멀리 떨어져 있는지 확인해야 합니다.

진동을 줄이기 위한 추가 설계 접근 방식
지지 간격 외에도 진동 위험을 제한하기 위해 종종 활용되는 더 많은 접근 방식이 있습니다.

쉘 측면 속도 감소
쉘{0}}측 속도를 줄이면 난류 여기력이 직접 감소하고 레이놀즈 수가 감소합니다.

배플 형상의 최적화
배플 간격 및 절단 형상은 다음에 영향을 미칠 수 있습니다.

흐름 분포: 대각선

난기류의 강도

속도 피크가 현지화됨

집중된 자극 영역을 피하기 위해 신중한 유압 균형 조정이 사용됩니다.

튜브 묶음 배열
와류 생성과 후류 상호작용은 삼각형과 사각형 피치 배열에서 다릅니다. 따라서 진동 민감도는 번들 모양의 선택에 따라 달라집니다.

향상된 구조적 감쇠
일부 교환기 설계에서는 공진 기준이 충족되기 전에 진동 에너지를 소산하는 데 도움이 되는 추가 댐핑 요소가 제공됩니다.

PTFE 교환기는 신중한 균형 조정이 필요합니다.
PTFE 교환기는 금속 시스템이 적합하지 않은 적대적인 화학적 조건을 관리할 수 있는 능력 때문에 일반적으로 선택됩니다.

그러나 PTFE 튜브가 열 응력을 흡수할 수 있도록 하는 동일한 유연성으로 인해 PTFE 튜브는 난류 흐름 힘에 기계적으로 더욱 민감해집니다.

따라서 설계 최적화에서는 다음 사항의 균형을 맞춰야 합니다.

부식에 대한 저항성

열전달 효율

압력 손실

기계적 안정성

유속의 한계

공격적인 쉘 측면 속도는 열 성능을 향상시킬 수 있지만 동시에 진동 위험도 증가시킵니다.

요약
PTFE 열교환기 엔지니어링의 기본 부분은 흐름에서 생성된 진동의 시작을 예측하는 것입니다. 쉘측 레이놀즈 수가 증가함에 따라 난류 에너지가 크게 증가합니다. 그리고 마침내 변동하는 유체 힘이 유연한 PTFE 튜브 번들의 고유 주파수를 자극할 수 있는 수준에 도달합니다.

쉘 측 레이놀즈 수, 튜브 진동 및 PTFE 교환기 성능 간의 상호 작용은 튜브 강성, 지지 범위, 교차-유동 속도 및 유체 역학에 의해 결정됩니다. TEMA 표준에 따른 유체{2}}탄성 불안정 속도 검사를 포함한 신중한 설계 계산은 교환기가 안전하지 않은 진동 한계 이하로 작동하도록 보장하는 데 도움이 됩니다.

간격이 촘촘한 튜브 지지대는 튜브 고유 진동수를 대폭 높이고 편향 진폭을 감소시키기 때문에 여전히 사용 가능한 모든 것 중에서 가장 효과적인 대책 중 하나입니다. 올바른 유압 및 기계 설계를 통해 PTFE 교환기는 수년 동안 매우 조용하고 신뢰할 수 있습니다.

조용한 흐름은 일반적으로 튜브 번들이 열 처리 시스템의 설계 제한 내에서 안전하게 작동하고 있음을 나타내는 가장 확실한 지표입니다.