Ako ovplyvňuje geometria vložky turbulátora tepelný výkon rúrok výmenníka tepla z PTFE?

Vnútorný prenos tepla v hladkej PTFE trubici je slabý kvôli tendencii laminárneho prúdenia. Ale vloženie tvarovaného zariadenia, turbulátora, do trubice môže drasticky ovplyvniť priebeh prúdenia, zvýšiť turbulenciu a koeficient prenosu tepla. Geometria vložky turbulátora je dôležitým faktorom úspechu procesu výmeny tepla a ovplyvňuje tepelný výkon, ako aj pokles tlaku.

Typické formy turbulátorových vložiek
Výmenníky tepla z PTFE často používajú mnoho typov turbulátorových vložiek na zvýšenie turbulencie na strane rúrky a zlepšenie prenosu tepla. Tri najbežnejšie používané geometrie sú skrútené pásky, drôtené zvitky a jamkové alebo vlnité vložky.

Pásky roztrhané
Krútené pásky sú špirálovité pásy materiálu vložené do rúrky na vyvolanie vírivého toku, ktorý poháňa tekutinu smerom k stenám rúrky. Táto geometria značne narúša laminárne prúdenie, čo podporuje turbulenciu a zvyšuje koeficient prestupu tepla. Jedným z najúčinnejších a v praxi používaných návrhov turbulátorov na zvýšenie prenosu tepla v PTFE výmenníkoch tepla je skrútená páska. Vírivý prúd, ktorý vytvárajú, zlepšuje miešanie tekutiny, čo vedie k väčšej distribúcii tepla po povrchu trubice.

Vinutie drôtu
Ďalším častým prístupom na zvýšenie turbulencie vo vnútri PTFE trubíc je použitie vložiek podobných pružinám{0} alebo drôtených cievok. Keď kvapalina prechádza trubicou, tieto cievky spúšťajú hraničnú vrstvu. Chaotický pohyb prerušuje laminárne prúdenie. Vinutia drôtu spôsobujú, že sa tekutina pohybuje nepravidelným spôsobom, čím sa zvyšuje rýchlosť prenosu tepla. Je zaujímavé poznamenať, že cievky drôtu poskytujú vyvážený spôsob zvyšovania turbulencie bez vytvárania veľkých prekážok v prúde toku.

Vyhĺbená alebo vlnitá vložka
Jamkové alebo vlnité vložky vytvárajú malé, lokalizované víry v prúde prúdu. Tieto víry poskytujú turbulenciu v prúdení tekutiny cez povrch vložky, čím sa zvyšuje koeficient prestupu tepla. Jamkové vložky sú menej invazívne ako skrútené pásky alebo drôtené zvitky, ale sú obzvlášť výhodné v aplikáciách, kde je dôležité udržiavať nízky pokles tlaku. V praxi sa často používajú systémy s jamkovými alebo vlnitými vložkami, kde sa hľadá mierne zvýšenie prestupu tepla s minimálnym vplyvom na čerpací výkon.

Performance Trade{0}}Prenos tepla verzus pokles tlaku
Každá geometria vložky turbulátora zvyšuje Nusseltove číslo-na strane trubice, čo je bezrozmerná veličina, ktorá je mierou výkonu prenosu tepla. Tieto geometrie však vedú k zvýšeniu poklesu tlaku vo výmenníku tepla, čo môže prispieť k zvýšeným nákladom na čerpanie. Najlepšia voľba tvaru vložky turbulátora je určená kompromisom medzi zvýšením prestupu tepla a prípustným poklesom tlaku.

Všeobecne skrútené pásky poskytujú najväčšie zvýšenie prenosu tepla, ale aj výrazné zvýšenie tlakovej straty. Cievky drôtu poskytujú strednú cestu z hľadiska prenosu tepla a poklesu tlaku, a tým aj výkonu a energetickej účinnosti. Zahĺbené vložky poskytujú najnižší pokles tlaku, ale poskytujú nižšie zlepšenie prenosu tepla v porovnaní s ostatnými dvoma alternatívami.

Výber optimálnej vložky turbulátora bude závisieť od úlohy prenosu tepla, ktorá sa má vykonať, a od prípustného čerpacieho výkonu v systéme. V systémoch s vysokým prietokom alebo keď je spotreba energie primárnym problémom, je ideálny miernejší dizajn vložky turbulátora, ako sú drôtené cievky alebo jamky.

Tabuľka porovnania pre typy turbulátorov
Vplyv typu turbulátora na pokles tlaku pri zlepšení prenosu tepla
Twisted Tapes High High Wire Coils Stredná Mierna
Vyhĺbené vložky Stredne nízky Záver
Turbulátorové vložky predstavujú nákladovo efektívnu a praktickú aktualizáciu na zlepšenie tepelného výkonu PTFE rúrok výmenníka tepla. Tieto vložky zvyšujú rýchlosť prenosu tepla zvýšením turbulencie na strane rúrky-. To je obzvlášť užitočné pre materiály s nízkou tepelnou vodivosťou, ako je PTFE. Geometria vložky turbulátora musí byť starostlivo zvolená, aby sa dosiahlo požadované zlepšenie prenosu tepla a zároveň sa udržal pokles tlaku v prijateľnom rozsahu. Zlepšenie prenosu tepla je naďalej dôležitou oblasťou inovácií pre tepelné spracovanie. Vývoj nových konštrukcií a materiálov turbulátorov pravdepodobne prinesie ešte vyššie zvýšenie výkonu.