A yw Siâp Tiwb PFA tonnog neu Helical yn Gwella Dosbarthiad Gwres mewn Baddonau Olew Llif Isel, Uchel-Gludedd?

Mae rheolaeth thermol baddonau olew gludedd uchel, fel a ddefnyddir ar gyfer gweithgynhyrchu polymerau, trin gwres a siacedi adweithyddion cemegol yn her gyson: mae'r olew yn llifo'n araf (darfudiad naturiol yn unig neu ailgylchrediad llif isel) ac yn gwrthsefyll cymysgu. Mewn awyrgylch o'r fath mae gwresogydd tiwb PFA syth yn cynhyrchu pluen gyfyngedig o olew wedi'i gynhesu yn codi'n fertigol gan adael cyfeintiau sylweddol o'r bath ar dymheredd is. Mae'r gwahaniaeth tymheredd rhwng wyneb y gwresogydd a'r swmp olew weithiau'n fwy na 30-40 gradd, sy'n arwain at ddiraddiad cyflym PFA yn yr ardaloedd poeth. Mewn theori, mae tiwb PFA crwm tonnog neu helical yn arwain at well dosbarthiad gwres trwy lifau eilaidd ac amhariad ar yr haen rhwystr thermol. Mae'r graddau y mae'r newid hwn mewn siâp yn rhoi gwelliant canfyddadwy yn dibynnu ar gludedd yr olew ar dymheredd gweithio, geometreg y tanc a'r gostyngiad pwysau a ganiateir mewn systemau llif gorfodol.

Newid Patrwm Llif Geometreg Helical
Mae'r hylif sy'n llifo i mewn ac o amgylch tiwb PFA helical (wedi'i dorchi fel sbring) neu diwb sinwsoidal (troadau tonnog mewn un awyren) yn destun grymoedd allgyrchol. Y dull trosglwyddo gwres mewn baddon olew tawel yw darfudiad naturiol. Yn achos tiwb fertigol syth, mae'r llif darfudiad naturiol yn echelinol yn unig a dim ond un golofn o olew wedi'i gynhesu sy'n esgyn i fyny. Ar y llaw arall, mae gan diwb helical arwynebau crwm sy'n plygu'r olew sy'n codi tuag allan wrth iddo godi. Mae mesuriadau cyflymder delwedd gronynnau mewn olew silicon 1000 cP ar 120 gradd yn dangos bod tiwb PFA helical (coil o ddiamedr 100 mm, uchder o 200 mm) yn creu patrwm llif toroidal cylchdroi o amgylch y gwresogydd. Mae'r olew wedi'i gynhesu'n codi mewn patrwm troellog ac yna'n gostwng waliau'r tanc, gan gynhyrchu cell gylchrediad ar raddfa fawr sy'n cymryd 70?80% o gyfaint y tanc. Mae'r cylchrediad hwn yn gostwng y gwahaniaeth tymheredd uchaf ar draws y tanc o 25-30 gradd (ar gyfer tiwb syth) i 10-15 gradd (ar gyfer helics) ar gyfer yr un mewnbwn pŵer.

Mae'r gwelliant yn cynyddu gyda'r rhif Dean, maint di-dimensiwn sy'n mesur cryfder llif eilaidd mewn tiwbiau crwm. Ar gyfer gludedd olew sy'n fwy na 10,000 cP ar dymheredd gweithredu, mae nifer y Deon yn llai na 5 ac mae'r llif eilaidd yn fach iawn. Yn yr olewau gludiog iawn hyn nid yw ffurf helical yn darparu mantais dosbarthiad gwres dros tiwb syth gan nad yw'r momentwm hylif yn cynhyrchu cylchrediad trawslif. Y terfyn gludedd uchaf ymarferol ar gyfer budd helical yw tua 8,000-10,000 cP. Mae'n rhaid i'r gludedd fod yn llai na 1,000 cP er mwyn i'r llif eilaidd fod yn ddigon cryf i gyfaddawdu cyfanrwydd y wain PFA trwy erydiad lleol ar radiws allanol y troadau.

Unffurfiaeth Tymheredd Arwyneb ac Amhariad ar yr Haen Ffin
Mae siâp y tiwb tonnog (sinwsoidal gydag osgled 30-50 mm a thonfedd 100-150 mm) yn rhyngweithio â'r haen ffin thermol mewn ffordd wahanol na helics. Wrth i olew lifo dros yr arwyneb tonnog (trwy ddarfudiad naturiol neu lif rheoledig), mae'r rhannau amgrwm a cheugrwm yn creu graddiannau pwysau sy'n arwain at wahanu llif ac ailgysylltu. Mae pob ton yn cynhyrchu parth ailgylchredeg bach ar ochr i lawr yr afon o'r brig amgrwm sy'n 3-5 diamedr o hyd. Mae'r parthau ailgylchredeg hyn yn cludo'r olew oerach o'r llif swmp tuag at wyneb y gwresogydd ac yn lleihau trwch yr haen ffin leol 30-50% o'i gymharu â'r achos tiwb syth. Mae arbrofion thermocouple ar wresogydd PFA tonnog mewn olew 5,000 cP ar 150 gradd yn datgelu bod tymheredd yr arwyneb yn amrywio o ± 4-6 gradd ar ei hyd, o'i gymharu â gradd ± 12-18 ar gyfer gwresogydd syth gyda'r un cyfanswm arwynebedd. Mae'r unffurfiaeth tymheredd gwell yn gwella bywyd PFA yn uniongyrchol trwy leihau'r tymheredd arwyneb brig. Mae'r tymheredd arwyneb uchaf yn cael ei ostwng tua 10 gradd ar gyfer gostyngiad o 40-50% yng nghyfradd chwalu PFA (yn dilyn cineteg Arrhenius).

Mae'r waviness yn gosod cyfyngiad ymarferol: dylai radiws tro lleiaf y tiwb fod yn fwy nag 8-10 gwaith diamedr y tiwb, er mwyn atal crynodiad straen gormodol yn y PFA. Ar gyfer tiwbiau PFA gyda diamedr o 12 mm mae siâp tonnog gyda radiws tro 60 mm yn bosibl. Mae radiws tynnach (30 mm) yn arwain at deneuo wal PFA yn lleol ar y tro allanol, sy'n lleihau'r cryfder mecanyddol 20-30% ac yn cynyddu'r perygl o dreiddiad. Rhaid i weithgynhyrchwyr gwresogyddion PFA tonnog neu helical ddefnyddio plygu mandrel gyda gwres rheoledig i atal y wal rhag cwympo. Mae methiannau maes gwresogyddion PFA plygu fel arfer yn tarddu o droadau heb eu ffinio â radiws llai na 6x diamedr tiwb.

Canllaw Dewis Siâp ar gyfer Ceisiadau
Gludedd Tymheredd Gweithredu a Math Llif Olew Cyflwr Siâp Tiwb a Ffefrir Gwelliant a Ragwelir mewn Unffurfiaeth TymhereddPrif gyfyngiad
Olew ysgafn (100-500 cP), 80-120 gradd Darfudiad naturiol yn unig Helical (diamedr coil 8-10 gwaith tiwb OD) Yn lleihau tanc ΔT o 25 gradd i 10-12 gradd Mae llif eilaidd yn erydu PFA uwchlaw 200 gradd
Darfudiad naturiol 120-150 gradd Olew canolig (500-2,000 cP) tonnog (osgled 4-6 × tiwb OD) yn lleihau mannau poeth arwyneb 8-12 gradd; Mae bylchau tonnau'n hollbwysig; rhy dynn yn lleihau budd
Olew canolig (500-2,000 cp) Llif gorfodol isel (Ail 100-500) Helical gyda choil ehangach Cynyddwch gyfernod trosglwyddo gwres 30 i 50 y cant Gostyngiad pwysedd 2-3x pibell syth
Olew trwm (2000–8000 cP), 150–180 gradd Darfudiad naturiolDiwb syth gorffenedig neu arwyneb estynedig Mae mantais helical/donnog yn fach (Deon<5)Change of shape not justified
Olew trwm (10,000+ cP)Tiwb syth; dylid ystyried nifer o wresogyddion byr
Unrhyw gludedd, tanc gyda chymysgydd mecanyddol Cythrwfl uchel wedi'i achosi Tiwb syth (cynnwrf pennaf) Mae siapio'n costio arian ac nid yw'n rhoi unrhyw werth Mae tymheredd unffurf eisoes wedi'i achosi cynnwrf,
Tanc gyda thrawstoriad bach-(gofod cyfyngedig)darfudiad naturiol Helical (proffil fertigol bach)Mae gwella siâp yn bwysicach nag arbedion gofod Gwerthuswch welliant unffurfiaeth gwresogyddion lluosog syth
Casgliad: Materion Siâp yn Unig yn y Gyfundrefn Gludedd Canolradd
A waved or helical The PFA tube design increases the heat dispersion only in a certain viscosity window of 500–8,000 cP at working temperature in low-flow, high-viscosity oil baths. Below 500 cP natural convection is strong enough that a straight tube already gives a good homogeneity. At $>8000 \\text{cP}$ mae gludedd uchel yr hylif yn atal llifau eilaidd ac nid yw tiwbiau crwm yn well na thiwbiau syth. Mae tiwbiau helical yn lleihau graddiannau tymheredd tanc o 40 i 60 y cant ac mae tiwbiau tonnog yn lleihau mannau poeth arwyneb 30 i 50 y cant yn yr ystod 1,000 i 5,000 cP ar gyfer perfformiad gorau. Mae'r unffurfiaeth well yn cynyddu oes gwresogydd PFA yn uniongyrchol trwy ostwng y tymereddau wyneb brig. Ar gyfer peirianwyr sy'n ystyried pennu gwresogyddion ar gyfer baddonau olew gludedd canolig, argymhellir eu bod yn gofyn am fodelu dynameg hylif cyfrifiadol (CFD) o'r tiwb siâp yn eu geometreg tanc penodol cyn ymrwymo i gynhyrchu. Mae'r manteision yn dibynnu'n fawr ar gymhareb agwedd y tanc a lleoliad y gwresogydd mewn perthynas â waliau. Yn uwch na 8,000 cP, edrychwch ar sawl gwresogydd syth a gorfodi ailgylchredeg yn hytrach na siâp cymhleth, gan nad yw cost tiwb PFA helical, sydd yn gyffredinol 30-50% yn fwy na syth, yn cael ei adennill mewn mwy o unffurfiaeth.