Le besoin de distribution de flux
Les processus de galvanoplastie et de traitement de surface nécessitent un flux d’électrolyte contrôlé sur les surfaces des pièces. La vitesse et la direction du flux affectent le taux de dépôt, l’uniformité de l’épaisseur et la finition de surface. Un débit insuffisant entraîne une déplétion ionique à la surface de la pièce. Un flux excessif ou mal dirigé crée un dépôt non-uniforme et peut déloger les dépôts faiblement adhérents.
Traditionnellement, la distribution du débit est gérée par des chicanes, des déversoirs et des buses d'éjection séparés installés dans le réservoir. L'échangeur de chaleur, s'il est présent, est un occupant passif du réservoir qui peut interférer avec le modèle d'écoulement prévu. L'intégration de la fonction de déflecteur dans la structure de l'échangeur thermique transforme l'échangeur d'une obstruction du flux en un outil de gestion du flux. Il dirige le flux d'électrolyte là où il est nécessaire-sur les surfaces de la pièce-tout en chauffant simultanément la solution.
Le déflecteur intégré-Conception de l'échangeur
Le faisceau de tubes de l'échangeur de chaleur en PTFE est disposé dans des plans verticaux qui servent de déflecteurs partiels. Les plans sont orientés perpendiculairement à la direction d'écoulement souhaitée. L'espacement entre les tubes dans chaque plan et entre les plans adjacents détermine la résistance à l'écoulement et la distribution de vitesse qui en résulte.
Des déflecteurs en PTFE solides sont intercalés entre les plans des tubes. Les chicanes forcent l'électrolyte à s'écouler à travers les plans des tubes plutôt qu'autour d'eux. Lorsque l'électrolyte passe entre les tubes chauffés, il est chauffé uniformément. Le flux sort de l'échangeur à une vitesse et une température contrôlées, dirigé vers les surfaces des pièces.
Les déflecteurs sont fabriqués à partir d'une feuille de PTFE solide, fendue pour accueillir les tubes. Les plaques sont montées dans le cadre support de l'échangeur et peuvent être repositionnées pour ajuster le débit. Pour les réservoirs dont les besoins de production évoluent, la configuration des chicanes peut être modifiée lors d'un arrêt pour maintenance sans remplacer l'ensemble de l'échangeur.
| Baffle-Paramètre de l'échangeur | Spécification |
|---|---|
| Orientation du plan du tube | Vertical, perpendiculaire à la direction d'écoulement souhaitée |
| Espacement des tubes dans le plan | 1,5-2,5 × diamètre extérieur du tube |
| Espacement de plan-à-plan | 50-200 mm (en fonction de la vitesse d'écoulement) |
| Matériau du déflecteur | Feuille de PTFE solide, 6-10 mm d'épaisseur |
| Dégagement de la fente du déflecteur | 0,5 mm de diamètre sur le diamètre extérieur du tube |
| Plage de vitesse d'écoulement | 0,1-0,5 m/s à travers les plans tubulaires |
| Chute de pression dans l'échangeur | 50-500 Pa (en fonction de la vitesse) |
| Uniformité du chauffage | ±1 degré sur la face de décharge |
Les options de modèle de flux
Plusieurs modèles d'écoulement sont réalisables en configurant les plans de tubes et les déflecteurs. Pour un modèle d'écoulement croisé-, l'électrolyte entre par un côté de l'échangeur, passe horizontalement à travers plusieurs plans de tubes et sort du côté opposé. Ce modèle convient aux réservoirs où les pièces sont suspendues parallèlement à la face de l'échangeur.
Pour un flux ascendant-, l'électrolyte entre par le dessous de l'échangeur, monte verticalement à travers les plans des tubes et se décharge vers le haut vers les pièces suspendues au-dessus de l'échangeur. Ce modèle utilise la convection naturelle pour faciliter le débit pompé et est économe en énergie.
Pour un motif en serpentin, les déflecteurs sont disposés pour créer un chemin d'écoulement plié qui traverse le faisceau de tubes plusieurs fois. Le chemin serpentin augmente le temps de séjour de l'électrolyte dans la zone chauffée, permettant ainsi une augmentation de température plus élevée par passage. Ce modèle convient aux processus nécessitant une forte augmentation de température en un seul passage.
La vérification des performances du flux thermique-
Les performances combinées de chauffage et de distribution de débit sont vérifiées par une analyse informatique de la dynamique des fluides pendant la phase de conception. Le modèle CFD simule l'écoulement de l'électrolyte à travers les plans des tubes et les plaques déflectrices, prédisant la distribution de vitesse et de température au niveau de la face de décharge de l'échangeur. Le modèle est validé par des mesures in-situ lors de la mise en service : mesures de vitesse à l'aide d'une hélice ou d'un débitmètre électromagnétique, et mesures de température à l'aide d'un réseau de thermocouples au niveau de la face de décharge.
La conception validée garantit que les pièces reçoivent l'électrolyte à la vitesse et à la température spécifiées, avec une uniformité qui répond aux exigences du processus. L'échangeur à chicane-intégré élimine les compromis de performances des composants séparés de distribution de chauffage et de débit.
Résumé
Les échangeurs de chaleur en PTFE avec chicanes intégrées combinent le sens de chauffage et le sens d'écoulement de l'électrolyte en un seul ensemble. Les plans tubulaires verticaux dotés de déflecteurs en PTFE solides créent des modèles d'écoulement contrôlés-flux transversal-, ascendant-flux ou serpentin-qui fournissent de l'électrolyte chauffé aux surfaces de la pièce à la vitesse et à la température requises. La conception intégrée élimine les interférences entre les réchauffeurs séparés et les composants de distribution du débit, améliorant ainsi les performances thermiques et hydrauliques.
Une assistance technique pour la conception d'échangeurs à chicanes-intégrés est disponible sur soumission des dimensions du réservoir, de l'orientation de la pièce, de la vitesse et de la direction d'écoulement requises, de la fonction de chauffage et des propriétés de l'électrolyte.
