PTFE soojusvahetid pakuvad võrreldamatut korrosioonikindlust, kuid nende madal soojusjuhtivus sunnib disainereid sageli määrama suuri pindasid. Passiivne täiustamistehnika-keerdlint-pakkub viisi soojusülekande kiiruse suurendamiseks, ilma et see kahjustaks keemilist ühilduvust või suurendaks soojusvaheti suurust.
Paljudes kaasaegsetes soojussüsteemides onkeerdlint sisestus PTFE soojusvahetikonfiguratsiooni hinnatakse kui praktilist meetodit kompaktsete keemilise töötlemise seadmete jõudluse parandamiseks.
Kuidas keerdteipsisused töötavad
Keeratud lint on õhuke PTFE või PFA riba, mis on mehaaniliselt keerutatud spiraalseks kujuks ja sisestatud piki soojusvaheti toru pikkust. Vaatamata lihtsale geomeetriale on selle voolu dünaamika väga tõhus.
Praktikas on vedelik sunnitud sirge aksiaalse trajektoori asemel järgima pikemat spiraalset vooluteed. See tekitatud keeris suurendab vedeliku kiirust toru seina lähedal ja tekitab kogu ristlõikes sekundaarsed voolupöörised.
Need keerised lõhuvad pidevalt termilise piirkihi -õhukest, suhteliselt seisvat vedelikukilet, mis tavaliselt toimib isoleeriva barjäärina vedeliku ja toru seina vahel. Kui seda piirkihti korduvalt purustatakse ja reformitakse, paraneb oluliselt konvektiivne soojusülekanne.
Uuringud ja väliandmed näitavad, et see mehhanism on eriti tõhus nii ülemineku- kui ka täielikult turbulentses voolurežiimis, kus impulsside segamine mängib soojuse transpordis domineerivat rolli.
Toimivuse kasvu kvantifitseerimine
Selle täiustamise hindamiseks kasutatav esmane mõõdik on Nusselti arv, mis tähistab konvektiivse ja juhtiva soojusülekande suhet vedeliku piiril.
Keeratud lindi sisestustega suurendatakse Nusselti numbrit tavaliselt võrra30–50%võrreldes tavalise toruga sarnastes töötingimustes. See paranemine väljendub otseselt kõrgemas üldises soojusülekandeteguris (U-väärtuses), mis võimaldab saavutada sama soojusliku koormuse väiksema soojusvaheti pindalaga.
Disaini vaatenurgast võib see nõutava soojusülekandeala vähendamine oluliselt vähendada seadmete jalajälge, materjalikasutust ja paigalduskulusid. Süsteemides, kus korrosioonikindluse tagamiseks on juba vaja PTFE-konstruktsiooni, muutub see tõhususe suurenemine eriti väärtuslikuks, kuna pindala vähendamine mõjutab otseselt kapitalikulusid.
Oluline on märkida, et jõudluse suurenemine sõltub voolurežiimist, vedeliku omadustest ja sisendi geomeetriast ning võib erinevates rakendustes erineda.
Rõhulanguse kaalutlused
Kuigi keerdlint sisestused parandavad soojusülekannet, lisavad need ka täiendavat hüdraulilist takistust. Pöörlev vool suurendab hõõrdekadusid piki toru seina, mille tulemuseks on rõhulangus tavaliselt vahemikus2 kuni 3 kordavõrreldes sileda tühja toruga.
See toob kaasa olulise disainilahenduse-allahindluse. Pumba võimsuse nõuded suurenevad, mis mõjutab otseselt töö energiatarbimist. Selle tulemusena on vaja süsteemi-tasandi optimeerimist, et tasakaalustada soojuslikku jõudlust hüdraulikakuludega.
Kuigi keeratud lint sisetükid parandavad soojusülekannet, suurendavad need ka rõhulangust. Majanduslik optimum sõltub soojusvaheti pinna suhtelisest maksumusest pumpamisvõimsuse suhtes. Energiamahukates süsteemides määrab kõige tõhusama konfiguratsiooni sageli elutsükli kuluanalüüs, mitte ainult soojuslik jõudlus.
Täiendavad tööefektid
Lisaks soojusülekande parandamisele mõjutavad määrdumiskäitumist ka keerdlint. Indutseeritud keerise ja seina nihkepinge tekitavad toru pinnal kerge küürimistegevuse. See võib vähendada sademete kogunemise kiirust rakendustes, mis hõlmavad katlakivi eemaldamise vedelikke või tahkete osakeste -koormatud vooge.
PTFE{0}}põhistes süsteemides on see sekundaarne eelis eriti oluline, kuna saastumine võib muidu aja jooksul soojusülekande efektiivsust vähendada, hoolimata materjali mittenakkumisomadustest.
Disain ja materjalid
Täieliku keemilise ühilduvuse säilitamiseks valmistatakse PTFE-soojusvahetisüsteemides kasutatavad keerdteibid tavaliselt PTFE-st või PFA-st. See tagab, et korrosioonikindlus ei muutu isegi väga agressiivses keemilises keskkonnas.
Peamine aspekt on ka mehaaniline stabiilsus. Inserdid peavad säilitama konstruktsiooni terviklikkuse pideva voolu{1}}indutseeritud vibratsiooni korral, säilitades samal ajal ühtlase geomeetria, et tagada prognoositav hüdrauliline jõudlus.
Järeldus
Keerdlintsisendid kujutavad endast väljakujunenud{0}}passiivset täiustamismeetodit soojusülekande parandamiseks PTFE-soojusvahetisüsteemides. Indutseerides keerisevoolu ja katkestades termilise piirkihi, võivad need sisestused suurendada Nusselti arvu 30–50%, võimaldades kompaktsemaid ja tõhusamaid soojusvaheti konstruktsioone.
Samal ajal nõuab sellega seotud rõhulanguse suurenemine soojuse ja hüdraulilise jõudluse hoolikat tasakaalustamist süsteemi{0}}tasemel. Selle tulemusena tugineb soojusvaheti täiustatud disain üha enam soojusülekande, voolutakistuse ja töötõhususe integreeritud optimeerimisele.
Nii uute paigalduste kui ka tagantjärele paigaldatavate rakenduste puhul pakub keerdlindi tehnoloogia jätkuvalt kulutõhusat viisi jõudluse parandamiseks, ilma et see kahjustaks PTFE{1}}põhiste süsteemide korrosioonikindluse eeliseid.
