Beth Yw Perfformiad Tyrbulators Gwanwyn Troellog mewn Tiwbiau Cyfnewid Gwres PTFE?

Gall y coil gwifren sylfaenol hwn o ffurf siâp gwanwyn, wedi'i osod o fewn tiwb PTFE, wella trosglwyddo gwres yn sylweddol. Mae'r coil yn torri ar draws y llif yn wal y tiwb ond nid yw'n rhwystro'r canol, yn wahanol i dâp troellog solet. Mae hyn yn arwain at gydbwysedd perfformiad gwahanol. Mae'r dechnoleg cynyddu trosglwyddo gwres goddefol hon yn arbennig o ddefnyddiol ar gyfer cyfnewidwyr gwres PTFE lle mae dargludedd thermol cyfyngedig y polymer ei hun (≈0.25 W/m·K) yn cyfyngu ar y cyfernodau trosglwyddo gwres cyffredinol. Mae'r cynulliad cyfnewidydd gwres o turbulator gwanwyn troellog PTFE yn torri haen ffin ochr y tiwb ac yn cynhyrchu gwelliannau mawr mewn effeithlonrwydd thermol.

Deall Geometreg Tyrbulator Gwanwyn Troellog
Mae tyrbulator y gwanwyn troellog yn coil gwifren wedi'i dorchi'n helically sy'n ffitio'n agos i ddiamedr tu mewn y tiwb PTFE. Diffinnir y coil gan dri pharamedr geometrig:

Diamedr gwifren (d_w) - 1-3 mm fel arfer, yn dibynnu ar faint y tiwb

Cae coil (p) – bylchau echelinol rhwng troadau cyfagos

Diamedr allanol coil (D c): Ychydig yn llai na diamedr mewnol y tiwb (D i) i'w fewnosod

Mae effeithiolrwydd y tyrbulator yn cael ei bennu gan gymhareb diamedr y wifren i ddiamedr y tiwb (dw / D i ) a'r gymhareb traw i ddiamedr (p/D i). Mae safonau dylunio cyffredin yn awgrymu y cyflawnir y perfformiad gorau posibl ar gyfer dw / D i rhwng 0.1 a 0.2 a p / D i rhwng 1 a 3.

Gall y coil gael ei wneud o lawer o ddeunyddiau yn dibynnu ar yr hylif sy'n cael ei drin. Ar gyfer ffrydiau dyfrllyd neu asid cyrydol, awgrymir gwifren fetel wedi'i gorchuddio â PTFE neu coil monofilament PTFE solet. Ar gyfer hylifau llai sgraffiniol lle nad yw halogiad metel yn broblem, gellir defnyddio gwifrau aloi uchel (ee dur di-staen 316L, Hastelloy C-276). Mewn systemau holl-fflworopolymer mae gwanwyn PFA neu PTFE yn darparu cyfanswm ymwrthedd cemegol.

Mecanwaith Gwahanu Haenau Ffiniau
Mewn tiwb llyfn o dan lif rhif laminaidd neu isel-Reynolds-, mae haen derfyn sefydlog (yr is-haen laminaidd) wedi'i ffurfio wrth wal y tiwb. Yr haen denau hon yw'r prif wrthwynebiad i drosglwyddo gwres. Rhaid croesi'r is-haen hon trwy ddargludiad yn unig, sy'n aneffeithlon.

Y terfyn -taith haen yw'r tyrbylydd sbring troellog. Wrth i hylif lifo drwy'r tiwb, mae pob troad o'r coil yn cynhyrchu gwahaniad llif lleol, vortices a chymysgu rheiddiol. Yn bwysig, nid yw'r coil yn rhwystro canolfan y tiwb - mae'r llif craidd yn ei hanfod heb ei rwystro. Mae hwn yn sbring troellog yn lle tâp dirdro solet sy'n gwneud i'r hylif cyfan lifo mewn cynnig chwyrlïol ac yn aml yn arwain at barth marw o amgylch canol y tâp.

Mae prif effaith y gwanwyn yn digwydd yng nghyffiniau wal y tiwb. Ar bwynt yr ymwrthedd thermol mwyaf, mae'r coil yn torri'r haen ffin gynyddol o bryd i'w gilydd, gan gynyddu cymysgu cythryblus. Mewn cymhariaeth arbrofol, profir y gall coil sbring wedi'i ddylunio'n dda wella rhif Nusselt ochr y tiwb 2 i 3 gwaith o'i gymharu â thiwb llyfn o dan yr un amgylchiadau llif.

Perfformiad wedi'i Fesur: Rhif Nusselt a gostyngiad pwysau
Gwelir yn gyson y gwahaniaeth rhwng gwella trosglwyddo gwres a cholli pwysau. Mae’r ystodau nodweddiadol a ddisgrifiwyd mewn-astudiaethau a adolygwyd gan gymheiriaid ar gyfer tyrbulyddion gwanwyn troellog yn niferoedd Reynolds o 500 i 10,000:

Paramedr Tiwb Llyfn Gyda Coil Gwanwyn Troellog
Rhif Nusselt (Nu) Gwaelodlin (1 ×) 2–3 × ychwanegiad
Ffactor ffrithiant (f) Gwaelodlin (1x) Cynnydd o 3-6x
Mae'r ffactor gwella yn dibynnu'n fawr ar geometreg y coil. Mae traw tynnach (p/D_i is) yn arwain at amhariadau llif amlach ac felly Nu uwch, ond hefyd cwymp pwysedd uwch. Ar y llaw arall, mae coil mwy hamddenol yn lleihau'r gosb bwysau ac eto'n arwain at welliant sylweddol.

Mae dyluniad y coil yn ddatrysiad tiwnadwy: ar gyfer cais penodol gellir dewis y traw a'r diamedr gwifren i fodloni cyfyngiadau'r broses ar y gostyngiad pwysau a ganiateir. Ceir y trosglwyddiad gwres mwyaf gyda choil tynn ar gyfer hylifau glân a lle mae grym pwmpio yn ddigon. Ar gyfer hylif gludiog neu hylif sy'n sensitif i gneifio, mae coil mwy rhydd yn darparu gweithred gymysgu fwy ysgafn.

Manteision Tapiau Twisted Solid
Mae gan y tyrbulator gwanwyn troellog rai manteision ymarferol dros fewnosodiad tâp dirdro solet:

Tueddiad baeddu is - Nid yw'r sbring yn cynhyrchu parthau llonydd cwbl gaeedig, hy mae gronynnau mewn daliant neu solidau gwaddodol yn llai tebygol o ddyddodi. Gallai tâp solet, yn enwedig mewn tiwb llorweddol, ddarparu ardal llif isel yn "cysgod" y tâp lle mae baeddu yn dechrau. Mae strwythur agored sbring yn galluogi hylif i gael ei lanhau'n barhaus.

Gosod a thynnu'n haws - Gellir rhoi coil gwanwyn yn hawdd mewn tiwb a'i glampio ar y pennau. Ar gyfer ceisiadau ôl-osod, gellir ôl-osod tiwbiau cyfnewidydd gwres PTFE presennol i ffynhonnau heb unrhyw addasiad parhaol. Mae glanhau'n hawdd, dim ond tynnu'r coil allan, ei lanhau a'i roi yn ôl.

Llai cost deunydd - Mae llawer llai o ddeunydd mewn coil gwifren o'i gymharu â thâp solet, yn enwedig ar gyfer hyd tiwb hir. Os oes angen aloion neu fflworopolymerau drud, mae'r gwahaniaeth cost yn sylweddol.

Cydnawsedd Ehangu Tiwb PTFE - Mae gan diwbiau PTFE gyfernod ehangu thermol uchel. Gallai tâp solet sy'n ffitio ar dymheredd amgylchynol fynd yn rhy dynn ar dymheredd gweithredu a niweidio'r tiwb. Mae'r coil gwanwyn yn hyblyg a gall dderbyn newidiadau dimensiwn heb ddatblygu grym rheiddiol gormodol.

Pwynt Ymarferol Isafswm Nifer Reynolds ar gyfer Effeithiolrwydd
The turbulator is best effective in the transitional flow zone (Re ≈ 500-4000) and in low turbulence laminar flow (Re < 500). At very high turbulent Reynolds numbers (>10,000) mae'r cynnwrf naturiol eisoes yn tarfu'n effeithiol ar yr haen ffin ac mae budd cynyddrannol y coil yn cael ei leihau o'i gymharu â'r gostyngiad pwysau ychwanegol. Felly mae tyrbalyddion gwanwyn troellog yn fwyaf addas ar gyfer cyfnewidwyr gwres PTFE sy'n rhedeg gyda hylifau gludiog, ffrydiau cyflymder llif isel, neu geometregau cryno a nodweddir yn naturiol gan gyfradd llif isel.

Yn yr arbrofion, gwelwn fod y ffactor gwella yn dirywio gyda nifer cynyddol Reynolds. O dan Re $\\approx$ 200 mae'n bosibl y bydd y coil yn dal i wella trosglwyddiad gwres trwy greu llifau eilaidd ysgafn, ond mae'r effaith yn llai trawiadol nag yn y parth trosiannol laminaidd i-gythryblus.

Ceisiadau Ôl-osod ac Argaeledd Masnachol
Mae tyrbulators gwanwyn troellog sydd ar gael yn fasnachol ar gael gan nifer o gynhyrchwyr cydrannau cyfnewidydd gwres. Diamedrau tiwb PTFE cyffredin (6 mm, 8 mm, 10 mm, 12 mm, 16 mm a diamedr mewnol 20 mm) ar gael fel dyluniadau safonol. Gellir cynhyrchu lled gwifren arbennig a lleiniau i ddiwallu anghenion proses penodol.

Sefyllfa adnewyddu gyffredin yw cyfnewidydd gwres cragen PTFE a-diwb nad yw'n gweithredu'n dda oherwydd cyfernodau trosglwyddo gwres ochr tiwb isel. Yn lle ailadeiladu'r cyfnewidydd cyfan rydych chi'n rhoi'r tyrbulators ym mhob tiwb. Yn gyffredinol, gwneir y gosodiad yn ystod cyfnod segur cynnal a chadw wedi'i gynllunio. Mae'r cynnydd mewn cyfernod trosglwyddo gwres cyffredinol (U) yn darparu naill ai trwybwn uwch neu ddefnydd cyfleustodau poeth is, neu ardal angenrheidiol is ar gyfer dyluniad newydd.

Casgliad: Cymorth Gosod Hawdd ac Effeithiol
Mae tyrbulators gwanwyn troellog yn ddewis hawdd ei osod, effeithiol ar gyfer gwella trosglwyddiad gwres tiwb PTFE, yn enwedig mewn gwasanaethau glân. Mae'r mewnosodiadau yn chwyldroi perfformiad thermol cyfnewidwyr gwres PTFE dargludedd isel trwy roi hwb i rif Nusselt ochr y tiwb gan ffactor o 2 i 3 ar gosb gostyngiad pwysau rhesymol o 3 i 6 gwaith. Mae trefniant cyfnewidydd gwres PTFE tyrbulator gwanwyn troellog yn agored, heb fod yn baeddu ac yn defnyddio deunydd hyblyg (PTFE, PFA neu wifren aloi) sy'n ei gwneud yn briodol ar gyfer cymwysiadau cyrydol, purdeb uchel ac ôl-ffitio.

Mae nifer o siapiau tyrbulator ar gael i gyflawni dibenion amrywiol, gan gynnwys tapiau dirdro, rhwyllau gwifren a chymysgwyr sefydlog. Mae gan y gwanwyn troellog gilfach arbennig, gwelliant cymedrol, baeddu isel a gosodiad syml. Mae'r tyrbulator gwanwyn troellog yn haeddu ystyriaeth sylweddol gan beirianwyr proses sy'n chwilio am ffordd oddefol, cynnal a chadw isel i optimeiddio trosglwyddiad gwres tra'n cynnal ymwrthedd cemegol.