Beth yw Effaith-Lleoliad Center Insert Wedi'i Ddiffodd ar Berfformiad Tyrbwlyddion Tâp Tro?

Rhoddir tâp dirdro confensiynol yng nghanol y tiwb. Ond mae lleoliad oddi ar y ganolfan yn arwain at faes llif anghymesur gyda chylchrediadau eilaidd cryfach, gan arwain o bosibl at fantais trosglwyddo gwres uwch ar gyfer yr un mewnosodiad. Gall yr addasiad geometrig cymedrol hwn - a fethwyd yn nodweddiadol mewn dyluniad cyfnewidydd gwres confensiynol - ddarparu gwell perfformiad thermol heb addasu cymhareb tro neu sylwedd y tâp. Ar gyfer cyfnewidwyr gwres PTFE sy'n prosesu hylifau cyrydol neu ysgafn lle mae gwelliant goddefol yn cael ei ffafrio dros ddulliau gweithredol, mae gosod oddi ar y ganolfan yn cynnig uwchraddio cost isel, dim gwaith cynnal a chadw.

Maes Llif Anghymesur Tâp Canol -Diffodd
Os yw'r tyrbulator tâp dirdro yn uniongyrchol ar echel ganol y tiwb, rhennir y llif yn ddwy sianel helical cymesur. Mae'r mudiant o'r math chwyrlïo unffurf ac mae'r proffil cyflymder yn reiddiol gymesur. Mae hwn yn osodiad hysbys a ddefnyddir yn helaeth.

Mae symud y tâp oddi ar y ganolfan yn effeithio ar y geometreg mewn ffordd sylfaenol. Mae trawsdoriad y tiwb bellach wedi'i wahanu'n ddwy sianel lif o wahanol faint, bwlch mwy ar un ochr y tâp a bwlch llai ar yr ochr arall. Gan fod yr arwynebedd trawsdoriadol yn fwy , bydd yr hylif sy'n llifo drwy'r sianel hon yn symud ar gyflymder is ( ar gyfer cyfradd llif cyfeintiol benodol ) . I'r gwrthwyneb, mae'r hylif yn y sianel lai yn cyflymu. Mae'r gwahaniaeth mewn cyflymder a thro helical y tâp yn cynhyrchu cylchrediadau eilaidd pwerus - trolifau trawsdoriadol nad ydynt yn bresennol mewn gosodiad canolog.

Y canlyniad yw patrwm cymysgu cryfach. Mae'r tâp troellog oddi ar y canol yn cynhyrchu'r chwyrliadau mawr (o amgylch echelin y tâp) a'r fortecs eilaidd yn cylchdroi ar y plân yn berpendicwlar i gyfeiriad y llif. Mae'r cymysgedd ychwanegol hwn yn fwy llwyddiannus wrth aflonyddu ar yr haen ffin thermol na'r safle canol, yn enwedig yng nghyffiniau wal y tiwb lle mae'r bwlch lleiaf yn bodoli.

Gwelliannau Perfformiad Meintiol
Mae ymchwiliadau arbrofol wedi cymharu'n uniongyrchol berfformiad trosglwyddo gwres tâp troellog oddi ar y ganolfan PTFE â thopolegau tâp canoledig o dan osodiadau llif union yr un fath (Ail=500-5000 mewn astudiaethau nodweddiadol). Mae darganfyddiadau allweddol yn cynnwys:

Ychwanegiad Rhif Nusselt: Cynyddir rhif Nusselt ar ochr y tiwb gan 10-20% ychwanegol ar gyfer lleoli oddi ar y ganolfan o'i gymharu â'r tâp canol ar gyfer yr un gymhareb twist a rhif Reynolds.

Ymddygiad gollwng pwysau: Mae cynnydd y ffactor ffrithiant o-leoliad y ganolfan yn debyg neu ychydig yn uwch (5-10% ar y mwyaf yn uwch na'r gwerth tâp canol). Nid yw'r gosb pwysau yn cael ei chynyddu yn gymesur â'r cynnydd mewn trosglwyddo gwres, ac felly mae'n cynyddu'r mynegai perfformiad thermol - hydrolig (Nu/f).

Dyfalbarhad mecanwaith: Gwelir gwelliant ar gyfer ystod eang o gymarebau twist (y=2-6) a diamedrau tiwb, er bod y swm yn dibynnu ar y geometreg.

Mae'r enillion hyn ymhell o fod yn fân. Ar gyfer cyfnewidydd gwres PTFE, lle mae cyfernod ffilm ochr y tiwb yn gyffredinol yn ffactor sy'n cyfyngu ar gyfanswm y perfformiad, gall 15% ychwanegol yn nifer Nusselt drosi'n ostyngiad sylweddol yn yr ardal trosglwyddo gwres angenrheidiol neu gynnydd mewn trwybwn.

Pellter Gwrthbwyso ac Effaith Radiws Tiwb
Mae maint y gwelliant trosglwyddo gwres yn dibynnu'n sylweddol ar ddadleoli'r tâp o'r canol. Y pellter gwrthbwyso gorau posibl yn aml yw 20-30% o radiws y tiwb (hy $ \\ delta / R \\ tua 0.2-0.3$, lle $ \\ delta$ yw'r pellter o ganol y tiwb i echel y tâp). Yn yr ystod hon, mae'r cylchrediad eilaidd yn ddigon cryf i roi cymysgedd ychwanegol ond nid mor bwerus nes bod y tâp yn dod i gysylltiad â wal y tiwb neu'n achosi marweidd-dra llif difrifol.

"Nid yw gwrthbwyso llai na 10% o'r radiws yn wahanol iawn i'r sefyllfa ganolog - mae'r anghymesuredd yn y llif yn rhy wan i gynhyrchu trolifau eilaidd mawr. Gwrthbwyso mwy na 40% o'r cyswllt risg radiws rhwng y tâp a'r wal tiwb (yn enwedig pan ystyrir ehangu thermol a goddefiannau gweithgynhyrchu) a gall y bwlch tynn iawn arwain at straen gormodol yn lleol.

Ar gyfer tiwbiau PTFE, sy'n aml yn cael eu cynhyrchu gyda diamedrau mewnol braidd yn amrywiol, gellir cael gwrthbwyso ymarferol o tua 25% o'r radiws enwol trwy osod strwythur cymorth ecsentrig yn y fewnfa a'r allfa tiwb, neu drwy fewnosod y tâp gyda segment blaenllaw wedi'i blygu'n fwriadol.

Dibyniaeth Rhif Reynolds: Mwyaf Amlwg yn Rhifau Canolradd Reynolds
Mae'r effaith lleoli oddi ar y ganolfan yn berthnasol yn bennaf ar gyfer niferoedd canolradd Reynolds, fel arfer yn y rhanbarth trosiannol a llai o gynnwrf (Re\\tua 800-4000). Yn y drefn hon nid yw'r llif yn gwbl gythryblus ac mae'r cymysgu naturiol yn wan. Gall y tâp anghymesur gynhyrchu cerrynt eilaidd, a all faglu'r llif yn artiffisial i gyflwr mwy anhrefnus a gwella trosglwyddiad gwres yn fawr.

Ar niferoedd Reynolds isel iawn (Re < 300) mae'r trolifau eilaidd yn cael eu hatal gan wlychu gludiog waeth beth fo'r anghymesuredd tâp. Mae'r budd dros dâp wedi'i ganoli yn lleihau ac mae'r ddau gyfluniad yn perfformio'n debyg i lif laminaidd gydag ychydig o chwyrliadau.

Mae'r cynnwrf naturiol eisoes yn rhoi cymysgedd rheiddiol sylweddol ar niferoedd uchel Reynolds (Re> 8000). Mae budd cynyddrannol lleoliad oddi ar y ganolfan yn disgyn i efallai 5-10% neu lai. Yn y rhan fwyaf o gymwysiadau cyfnewidydd gwres PTFE - lle mae'r cyfraddau llif yn tueddu i fod yn gymedrol oherwydd cyfyngiadau gostyngiad pwysau mewn systemau fflworopolymer - yr amrediad Re cymedrol yw'r union ystod y mae'r offer yn gweithredu ynddo, felly mae lleoliad oddi ar y ganolfan yn eithaf perthnasol.

Problemau ymarferol: grymoedd anghymesur, dirgryniad
Un o'r anawsterau ymarferol a gafwyd wrth osod tâp dirdro oddi ar y-gan y ganolfan yw grymoedd hylif anghymesur a gynhyrchir. Mae'r llif cyflymach trwy'r bwlch bach a'r llif arafach trwy'r bwlch mawr yn achosi anghydbwysedd pwysedd net ar draws y tâp. Mae'r anghymesuredd hwn yn achosi grymoedd ochrol sy'n tueddu i yrru'r tâp yn erbyn wal y tiwb. Yn ogystal, gall y cyflymder llif hefyd achosi grymoedd codi neu lusgo ar y tâp mewn tiwb llorweddol.

Gallai'r grymoedd anwastad hyn achosi i'r tâp ddrifftio fwyfwy oddi ar y canol neu o bosibl gyffwrdd â wal y tiwb dros amser. Mae'r cyswllt nid yn unig yn amharu ar y trosglwyddiad gwres (rhwystro llif ac achosi mannau poeth), ond gall niweidio wyneb mewnol y tiwb PTFE neu wisgo'r gorchudd tâp. Mae tapiau metel a roddir mewn tiwbiau PTFE hefyd yn dioddef o boendod a dirgryniad. Gallai'r tâp bownsio yn ôl ac ymlaen yn erbyn waliau'r tiwb, gan greu sŵn a methiant blinder posibl.

Dyma ychydig o strategaethau lliniaru:

Pwyntiau cymorth lluosog - Mae canoli modrwyau neu wahanwyr yn rheolaidd (ee bob 10-20 diamedr tiwb) yn sicrhau bod y gwrthbwyso arfaethedig yn cael ei gynnal heb ganiatáu symudiad ochrol gormodol.

Dewis deunydd tâp - Bydd tâp llymach (ee metel mwy trwchus, neu gyfansawdd wedi'i lenwi â PTFE) yn gwrthsefyll anffurfiad o dan bwysau anghymesur.

Rhych neu allwedd bwriadol - Gellir adeiladu'r tiwb gyda rhigol hydredol fewnol sy'n dal ymyl y tâp ac felly'n trwsio'r lleoliad gwrthbwyso yn union. Mae hyn yn fwy nodweddiadol mewn tiwbiau metel ond gellir ei addasu i PTFE gydag offer allwthio priodol.

Cyflymder llif is - Mae caniatáu rhif Reynolds cymedrol (lle mae'r dylanwad cryfaf beth bynnag) yn lleihau maint grymoedd anghymesur.

Yn ymarferol, mae problemau dirgryniad a symud yn oddefadwy ar gyfer hylifau glân a chyfraddau llif cymedrol. Mae ymchwiliadau labordy a pheiriannau peilot wedi dangos gweithrediad sefydlog hirdymor gyda thapiau oddi ar y canol wedi'u diogelu ar y pen yn unig.

Cymhariaeth â Geometregau Mewnosod Eraill
Mae yna ffyrdd eraill o gael cymysgu anghymesur nag oddi ar-leoliad canolfan. Mae tapiau troellog ecsentrig, tapiau hanner dirdro a thâp echelin wedi'i blygu'n bwrpasol-mewn-cynulliadau tiwb i gyd wedi'u hastudio. Mae gan y tâp safonol oddi ar y ganolfan un fantais amlwg. Nid oes angen addasu'r tâp ei hun - dim ond y ffordd y gosodir y tâp yn y tiwb. Felly gellir ailddefnyddio'r tapiau dirdro presennol mewn trefniant oddi ar y ganolfan heb unrhyw gost ychwanegol wrth weithgynhyrchu.

Mae'r dyluniad hwn yn fanteisiol pan fo cyfnewidydd gwres eisoes ar waith ac mae angen cynnydd perfformiad bach. Gellid tynnu'r tâp i un ochr yn bwrpasol a'i ddal gan ffitiadau pen anghymesur. Ond, mae angen ystyried yn ofalus yr anawsterau dirgryniad a chefnogaeth fel y crybwyllwyd uchod.

Dyluniad cyfnewidwyr gwres PTFE: Ystyriaethau ymarferol
Ar gyfer dylunwyr cyfnewidwyr gwres cregyn a thiwb PTFE, gellir gwneud yr awgrymiadau canlynol:

Ar gyfer tiwbiau diamedr gweddol fawr (Yn fwy na neu'n hafal i 12 mm ID) gyda thâp troellog confensiynol eisoes wedi'i nodi, gellir ystyried lleoliad oddi ar y canol yn welliant cynyddrannol - yn enwedig pan fo rhif gweithredol Reynolds yn yr ystod 800-4000.

Defnyddiwch wrthbwyso o tua 25 y cant o radiws y tiwb. Mae'r cydbwyso hwn yn cynyddu'r llif eilaidd i'r eithaf gydag anghymesuredd grym goddefadwy.

Ychwanegu modrwyau canoli ar gyfnodau o 10-15 diamedr tiwb i ddal gwrthbwyso ac atal cyswllt wal. Mae modrwyau ar gael mewn PTFE neu PFA ar gyfer cydnawsedd cemegol.

Asesu risg dirgryniad: ar gyfer nwy cyflymder uchel neu hylif gludedd isel, gall mwy o gynheiliaid neu ffracsiwn gwrthbwyso llai (ee. 15% radiws) fod yn fuddiol.

Casgliad: Uwchraddiad Cynyddrannol Rhad
Gellir cael gwelliant cynyddrannol cost isel mewn trawsyrru gwres trwy osod tâp dirdro oddi ar y canol yn fwriadol, gan arwain at gynnydd ychwanegol o 10-20% yn nifer Nusselt gydag ychydig neu ddim gostyngiad pellach mewn pwysedd o'i gymharu â thâp wedi'i ganoli. Mae rhaniad llif anghymesur yn cyfryngu'r effaith sy'n sefydlu cylchrediadau eilaidd sy'n cynyddu cymysgu yn yr haen ffin thermol. Y gwerth gwrthbwyso gorau posibl yw 20-30% o radiws y tiwb, ac mae'r effaith yn fwyaf arwyddocaol ar niferoedd canolradd Reynolds (Re ≈ 800-4000).

Gall amrywiadau bach mewn siâp ryddhau mwy o berfformiad. Mae'r tâp troellog oddi ar y ganolfan dull trosglwyddo gwres PTFE yn darparu uwchraddiad syml i gyfnewidwyr gwres PTFE lle mae ymwrthedd cyrydiad yn pennu'r dewis deunydd, a gwelliant goddefol yw'r unig gyfeiriad ymarferol. Mae angen i'r dylunwyr fasnachu-oddi ar y dirgryniad ysgafn a'r anghenion cymorth yn erbyn y manteision thermol.