Kaip turbuliatoriaus įdėklo geometrija veikia PTFE šilumokaičio vamzdžių šiluminį našumą?
Palik žinutę
Vidinis šilumos perdavimas lygiame PTFE vamzdyje yra prastas dėl laminarinio srauto tendencijos. Tačiau formos prietaiso, turbuliatoriaus, įdėjimas į vamzdį gali smarkiai paveikti srauto modelį, padidinti turbulenciją ir šilumos perdavimo koeficientą. Turbuliatoriaus įdėklo geometrija yra svarbus šilumos mainų proceso sėkmės veiksnys ir turi įtakos šiluminėms savybėms bei slėgio kritimui.
Tipinės turbuliatoriaus įdėklų formos
PTFE šilumokaičiuose dažnai naudojami įvairių tipų turbuliatorių įdėklai, siekiant padidinti turbulenciją vamzdžio pusėje ir pagerinti šilumos perdavimą. Trys dažniausiai naudojamos geometrijos yra susuktos juostos, vielos ritės ir įdubimai arba gofruoti įdėklai.
Nuplėštos juostos
Susuktos juostos yra sraigtinės medžiagos juostelės, įdėtos į vamzdelį, kad sukeltų sūkurinį srautą, nukreipiantį skystį link vamzdžio sienelių. Ši geometrija žymiai pažeidžia laminarinį srautą, kuris skatina turbulenciją ir padidina šilumos perdavimo koeficientą. Vienas iš efektyviausių ir praktikoje naudojamų turbuliatorių konstrukcijų, siekiant padidinti šilumos perdavimą PTFE šilumokaičiuose, yra susukta juosta. Jų sukuriamas sūkurinis srautas pagerina skysčio maišymąsi, todėl šiluma geriau pasiskirsto vamzdžio paviršiuje.
Vielos suvyniojimas
Kitas dažnas būdas padidinti turbulenciją PTFE vamzdžių viduje yra naudoti spyruokles,{0}}kaip įdėklus arba vielos ritinius. Kai skystis praeina pro vamzdelį, šios ritės suveikia ribinį sluoksnį. Chaotiškas judėjimas nutraukia laminarinį srautą. Vielos ritės priverčia skystį judėti netaisyklingai, taip padidindamos šilumos perdavimo greitį. Įdomu pastebėti, kad vielos ritės subalansuotai padidina turbulenciją, nesukeldamos didelių kliūčių srauto srautui.
Įdubimas arba gofruotas įdėklas
Įdubimai arba gofruoti įdėklai sukuria nedidelius, lokalizuotus sūkurius srauto sraute. Šie sūkuriai sukuria turbulenciją skysčio sraute per įdėklo paviršių, taip padidindami šilumos perdavimo koeficientą. Įdubimai yra mažiau invaziniai nei susuktos juostos ar vielos ritės, tačiau yra ypač naudingi tais atvejais, kai svarbu išlaikyti mažą slėgio kritimą. Praktikoje sistemos su įdubimais arba banguotais įdėklais dažnai taikomos ten, kur siekiama saikingo šilumos perdavimo padidinimo ir minimalaus poveikio siurbimo galiai.
Performance Trade{0}}Ne šilumos perdavimas ir slėgio kritimas
Kiekviena turbuliatoriaus įdėklo geometrija padidina vamzdžio{0}}pusės Nusselt skaičių – bematį dydį, kuris yra šilumos perdavimo efektyvumo matas. Tačiau šios geometrijos padidina slėgio kritimą šilumokaityje, o tai gali padidinti siurbimo išlaidas. Geriausią turbuliatoriaus įdėklo formos pasirinkimą lemia šilumos perdavimo padidėjimo ir leistino slėgio kritimo kompromisas.
Paprastai susuktos juostos užtikrina didžiausią šilumos perdavimo padidėjimą, tačiau taip pat žymiai padidina slėgio nuostolius. Vielos ritės suteikia vidurį šilumos perdavimo ir slėgio kritimo, taigi ir našumo bei energijos vartojimo efektyvumo, atžvilgiu. Įdubimai suteikia mažiausią slėgio kritimą, tačiau užtikrina mažesnį šilumos perdavimo pagerėjimą, palyginti su kitomis dviem alternatyvomis.
Optimalaus turbuliatoriaus įdėklo pasirinkimas priklausys nuo atliekamos šilumos perdavimo užduoties ir leistinos siurbimo galios sistemoje. Sistemose su dideliu srautu arba kai energijos suvartojimas yra pagrindinė problema, idealiai tinka nuosaikesnė turbuliatoriaus konstrukcija, pvz., vielos ritės ar įdubimai.
Turbuliatorių tipų palyginimo lentelė
Turbuliatoriaus tipo įtaka slėgio kritimui didinant šilumos perdavimą
Susuktos juostos Aukštas Aukštas Vielos ritės Vidutinis Vidutinis
Įdubimai su įdubomis Vidutiniškai žema Išvada
Turbuliatoriaus įdėklai yra ekonomiškas ir praktiškas patobulinimas, skirtas pagerinti PTFE šilumokaičio vamzdžių šilumines charakteristikas. Šie įdėklai padidina šilumos perdavimo greitį, padidindami turbulenciją vamzdžio -pusėje. Tai ypač naudinga medžiagoms, kurių šilumos laidumas yra mažas, pvz., PTFE. Turbuliatoriaus įdėklo geometrija turi būti kruopščiai parinkta, kad būtų pasiektas norimas šilumos perdavimo padidėjimas, išlaikant slėgio kritimą priimtiname diapazone. Šilumos perdavimo gerinimas ir toliau yra svarbi terminio apdorojimo inovacijų sritis. Tikėtina, kad naujų turbuliatorių konstrukcijų ir medžiagų kūrimas dar labiau padidins našumą.
