Ako ovplyvňuje pomer stúpania vložky skrútenej pásky prenos tepla v trubiciach z PTFE?

Skrútená páska umiestnená v trubici z PTFE vytvára vírivý tok, ktorý zvyšuje prenos tepla. Stupeň tohto vírenia a výsledný kompromis výkonu sú priamo riadené pomerom stúpania krútenia – vyjadreným ako tesnosť krútenia.

Aký je pomer rozstupu v skrútených páskových vložkách?
Pomer rozstupu je pomer dĺžky potrebnej na uskutočnenie jedného úplného otočenia o 360 stupňov (dĺžka rozstupu) k šírke pásky. Napríklad páska, ktorá vykoná jednu úplnú otáčku vo vzdialenosti rovnajúcej sa jej vlastnej šírke, má pomer rozstupov 1. Ak sa páska úplne navinie po dĺžke päťnásobku jej šírky, pomer rozstupov je 5. Nízky pomer rozstupov=veľmi tesné, prudké skrútenie . Vysoký pomer výšky tónu=voľnejší, mäkší zákrut .

V skutočnosti sú vložky skrútenej pásky pre PTFE hadičky vyrobené z PTFE alebo PFA (perfluóralkoxyalkán), aby sa zabezpečila úplná chemická kompatibilita s vysoko korozívnymi procesnými kvapalinami. To zaručuje žiadne kovové kontaminácie alebo problémy s galvanickou koróziou ani pri silných kyselinách, rozpúšťadlách alebo ultračistých médiách.

Vplyv Pitch Ratio na vírenie a prenos tepla
Keď tekutina prechádza trubicou obsahujúcou skrútenú pásku, páska tlačí prúd tak, aby sledoval špirálový vzor. Toto vírenie vytvára odstredivé sily, ktoré poháňajú ťažšiu tekutinu smerom k stene trubice, čím sa účinne stenčuje tepelná hraničná vrstva. Tomu zodpovedá väčší koeficient prestupu tepla konvekciou alebo vyššie Nusseltovo číslo.

Pomer výšky tónu je priamo zodpovedný za silu vírenia. Silnejšia tangenciálna zložka rýchlosti je spôsobená užším krútením (nižší pomer rozstupov, napr. . 2). Tak, že zlepšenie prenosu tepla zvyčajne označované ako pomer Nusseltovho čísla s vložkou k pomeru hladkej rúrky môže byť až 150 % alebo viac. Toto rýchle otáčanie však vedie aj k podstatne vyššiemu treniu tekutiny, čo vedie k obrovskému nárastu tlakovej straty, často v rozsahu 200-600% v porovnaní s prázdnou trubicou.

Na druhej strane, voľnejší zákrut (vyšší pomer výšky tónu, napr. . 5 alebo 6) poskytne jemnejšie vírenie. Zlepšenie prenosu tepla je relatívne mierne-zvyčajne o 50{6}}80 % v porovnaní s hodnotou obyčajnej trubice – ale penalizácia poklesu tlaku je proporcionálne menšia, často len o 100 – 200 % vyššia.

Pomer rozstupov skrútenej pásky a výkon prenosu tepla z PTFE nie sú -lineárne spojené. Zníženie pomeru stúpania zo 6 na 2 má za následok neúmerne významné zvýšenie prenosu tepla aj trenia. Optimálny pomer stúpania teda nie je stanoveným číslom, ale úplne závisí od prípustného čerpacieho výkonu a požadovaného tepelného výkonu.

Praktické konštrukčné odporúčania pre PTFE hadičky
V prípade PTFE rúrok sa často volí pomer stúpania 3 až 5, ak pokles tlaku nie je limitujúcim faktorom. Tento rozsah predstavuje dobrý kompromis: zvýšenie súčiniteľa prestupu tepla asi o 80-120% so zvýšením tlakovej straty o 200-350%. Vo všeobecnosti sú tieto hodnoty tolerovateľné vo väčšine aplikácií chemických procesov, najmä ak je dĺžka rúrky mierna (napr. výmenníky tepla plášťa a rúrky alebo ponornej špirály).

Treba poznamenať, že samotné PTFE trubice majú relatívne nízku tepelnú vodivosť (cca . 0.25 W/mK). Vo všeobecnosti je hlavný tepelný odpor v stene rúrky alebo vo vnútornom filme tekutiny. Použitie vložky skrútenej pásky s primeraným pomerom rozstupov môže výrazne znížiť vnútorný odpor fólie, a preto presunúť riadiaci odpor na druhú stranu výmenníka tepla. Vďaka tomu je celý dizajn vyváženejší a nákladovo efektívnejší.

Vysoký pomer stúpania 6 až 8 možno zvoliť pre aplikácie, kde je pokles tlaku veľmi obmedzený, ako sú systémy s gravitačným-napájaním alebo nízkotlakové-plynové ohrievače. To poskytuje dostatočné vírenie na obmedzenie laminárneho prúdenia a zvýšenie radiálneho miešania, ale penalizácia trenia je stále tolerovateľná.

Alternatívne je možné zvoliť pomer stúpania 2 ku 3, ak sa požaduje maximálny prenos tepla bez ohľadu na tlakovú stratu (napr. pri vysokoviskóznom ohreve alebo tam, kde sú náklady na čerpanie zanedbateľné). V takýchto prípadoch môže byť koeficient prestupu tepla zvýšený až o 150%. Projektant musí zabezpečiť, aby čerpadlo alebo dúchadlo dokázalo poskytnúť vyššiu tlakovú výšku.

Ďalšie technické úvahy
Tepelná vstupná dĺžka je ďalej znížená skrútenými páskovými vložkami do PTFE trubíc, čo poskytuje plne rozvinuté turbulentné{0}}chovanie aj pri nízkych Reynoldsových číslach (Re < 2000). To je obzvlášť užitočné pri pomalých tokoch alebo v hadičkách s malým priemerom, kde by skutočná turbulencia vyžadovala nepraktické rýchlosti prúdenia.

Musíte zvážiť výrobné tolerancie. Látka PTFE je pružnejšia, čo sťažuje výrobu tesne skrútenej pásky (nízky pomer rozstupov). Pre veľmi nízke pomery rozstupov (pod zhruba 2,5) je PFA vo všeobecnosti uprednostňovaný vďaka svojej vyššej tuhosti a lepšiemu zachovaniu skrúteného tvaru pri zvyšujúcich sa teplotách.

Pomer stúpania tiež ovplyvňuje čistenie a údržbu. Pásky s veľmi nízkym pomerom stúpania (pevné zákruty) majú tendenciu ľahšie zbierať častice a je ťažšie ich odstrániť na čistenie. Z väčšej časti pomer stúpania 4 alebo väčší poskytuje dostatočne otvorenú axiálnu cestu na prechod odpadu alebo na vloženie čistiaceho prasiatka.

Zhrnutie
Pomer stúpania skrútenej páskovej vložky je hlavnou konštrukčnou pákou na ovládanie prenosu tepla proti vyrovnávaniu poklesu tlaku-v PTFE trubiciach. Silné vírenie a vylepšenie vysokého prenosu tepla-sú dosiahnuté s nižším pomerom stúpania (tesnejšie skrútenie) za cenu veľkého zvýšenia strát trením. Vyššie pomery tónov (voľnejšie zákruty) majú za následok mäkšie a energeticky-účinnejšie zosilnenie. Pomer stúpania medzi 3 a 5 poskytuje vynikajúcu rovnováhu pre väčšinu aplikácií na manipuláciu s korozívnymi kvapalinami. Optimalizácia tvaru vložky vrátane pomeru stúpania je stále kľúčovým faktorom pri zlepšovaní výkonu výmenníka tepla bez ohrozenia chemickej kompatibility alebo integrity materiálu.