PTFE toru sees olev keeratud lint loob keerleva voolu, mis suurendab soojusülekannet. Pöörde tihedus-väljendatud helikõrguse suhtena- juhib otseselt selle keerise intensiivsust ja sellest tulenevat jõudluse vahetust-.
Keerdlindi vahede kõrguse suhte mõistmine
Sammu suhe on defineeritud kui ühe täieliku 360-kraadise keerdumise (sammu pikkus) ja lindi laiuse pikkuse suhe. Näiteks lindil, mis keerdub täielikult üks kord oma laiusega võrdsel kaugusel, on sammude suhe 1. Lindi, mis keerdub täielikult üle oma laiuse viis korda suurema vahemaa, on kõrgussuhe 5. Madal sammusuhe tähendab väga tihedat, agressiivset keerdumist; kõrge helikõrguse suhe näitab lõdvemat ja leebemat keerdumist.
Praktikas valmistatakse PTFE-torude keerdlint sisetükid PTFE-st või PFA-st (perfluoroalkoksüalkaan), et säilitada täielik keemiline ühilduvus väga söövitavate protsessivedelikega. See tagab, et isegi agressiivsete hapete, lahustite või ülipuhaste ainete käsitsemisel ei esine metallist saastumist ega galvaanilist korrosiooni.
Kuidas helikõrguse suhe mõjutab keerist ja soojusülekannet
Kui vedelik voolab läbi keerdunud linti sisaldava toru, sunnib lint vedelikku järgima spiraalset rada. Selle keerise tekitatud tsentrifugaaljõud suruvad tihedamat vedelikku toru seina poole, õhutades tõhusalt termilist piirdekihti. Õhem piirkiht annab suurema konvektiivse soojusülekandeteguri, mida väljendatakse suurenenud Nusselti arvuna.
Kõrguse suhe määrab otseselt selle keerise tugevuse. Tugevam keerd (madalam helikõrguse suhe, nt 2) tekitab palju tugevama tangentsiaalse kiiruse komponendi. Järelikult võib soojusülekande suurenemine -sageli mõõdetuna vahetükiga Nusselti numbri ja tavalise toru suhtena ulatuda 150%ni või rohkemgi. See intensiivne keerlemine tekitab aga ka oluliselt suurema vedeliku hõõrdumise, mis toob kaasa olulise rõhulanguse suurenemise, tavaliselt vahemikus 200–600%, võrreldes tühja toruga.
Vastupidi, lõdvem keerd (kõrgem helikõrguse suhe, nt 5 või 6) tekitab pehmema keerise. Soojusülekande paranemine on tagasihoidlikum, -sageli 50–80% suurem kui tavatoru väärtus,-kuid rõhulangus on vastavalt väiksem, sageli vaid 100–200% suurem.
Suhe vahelkeerdlindi sammude suhe PTFE soojusülekannejõudlus on mittelineaarne. Pöörde pingutamine sammusuhtelt 6 kuni 2 suurendab nii soojusülekannet kui ka hõõrdumist ebaproportsionaalselt suure. Seetõttu ei ole optimaalne helikõrguse suhe kunagi fikseeritud arv; see sõltub täielikult lubatud pumpamisvõimsusest ja nõutavast soojuskoormusest.
PTFE torude praktilised disainisoovitused
Tavaline konstruktsioonivalik on valida PTFE torude sammude suhe vahemikus 3 kuni 5, kui rõhulangus ei ole tõsiselt piirav tegur. See vahemik pakub hästi tasakaalustatud täiustust: soojusülekandeteguri paranemine ligikaudu 80–120% ja rõhulanguse suurenemine 200–350%. Need väärtused on üldiselt juhitavad enamikes keemiliste protsesside rakendustes, eriti kui toru pikkus on mõõdukas (nt kesta ja toru või sukelspiraalsoojusvahetid).
Väärib märkimist, et PTFE torud ise on suhteliselt madala soojusjuhtivusega (umbes 0,25 W/m·K). Domineeriv soojustakistus on sageli toru seinal või sisemisel vedelikukilel. Sobiva sammusuhtega keeratud lindi abil saab sisemist kiletakistust drastiliselt vähendada, nihutades juhttakistust soojusvaheti teisele küljele. See muudab üldise disaini tasakaalustatumaks ja kulutõhusamaks.
Rakenduste jaoks, kus rõhulangus on äärmiselt piiratud,{0}}nagu raskusjõuga toitesüsteemid või madalrõhuga gaasiküte-võib määrata kõrge helikõrguse suhte 6:8. Saadud keeris on endiselt piisav laminaarse voolu mahasurumiseks ja radiaalse segunemise parandamiseks, kuid hõõrdumise trahv jääb vastuvõetavatesse piiridesse.
Teisest küljest, kui olenemata rõhulangusest on vaja maksimaalset soojusülekannet (nt kõrge viskoossusega kütmisel või kui pumpamiskulud on tühised), võib kasutada sammude suhet 2:3. Sellistel juhtudel saab soojusülekandetegurit suurendada kuni 150%, kuid projekteerija peab tagama, et pump või puhur suudaks varustada täiendavat survekõrgust.
Täiendavad tehnilised kaalutlused
PTFE-torude keerdlintsisendid lühendavad ka termilise sissepääsu pikkust, võimaldades täielikult arenenud turbulentset käitumist isegi madala Reynoldsi arvu korral (Re < 2000). See on eriti väärtuslik viskoossete voolude või väikese läbimõõduga torude puhul, kus tõelise turbulentsi saavutamiseks on vaja ebapraktilisi voolukiirusi.
Arvestada tuleb tootmistolerantsidega. Tihedalt keerdunud teipi (madala sammu suhe) on materjali paindlikkuse tõttu PTFE-st keerulisem valmistada. Väga madala sammu suhte korral (alla umbes 2,5) eelistatakse sageli PFA-d, kuna see on jäigem ja säilitab kõrgemal temperatuuril paremini keerdumise geomeetria.
Puhastamist ja hooldust mõjutab ka sammude suhe. Väga madala sammusuhtega (tihedalt keerdunud) teibid võivad tahkeid osakesi kergemini kinni püüda ja neid on puhastamiseks raskem eemaldada. Kõrgussuhe 4 või üle selle tagab üldiselt piisavalt avatud aksiaalse tee prahi läbimiseks või puhastussika sisestamiseks.
Järeldus
Keeratud lindi sammude suhe on peamine disainihoob, mis reguleerib PTFE torude soojusülekannet ja rõhulangust. Madalamad sammusuhted (tihedamad pöörded) tagavad tugeva keerise ja suure soojusülekande paranemise oluliselt suurenenud hõõrdekadude hinnaga. Kõrgemad helikõrguse suhted (lõdvemad pöörded) tagavad leebema ja energiasäästlikuma täiustamise. Enamiku söövitavate vedelike käitlemise rakenduste puhul pakub sammusuhe vahemikus 3 kuni 5 optimaalset tasakaalu. Sisestamise geomeetria optimeerimine-sealhulgas sammude suhe-jääb soojusvaheti jõudluse parandamise võtmeaspektiks, ilma et see kahjustaks keemilist ühilduvust või materjali terviklikkust.
