Kako geometrija umetka turbulatora utječe na toplinske performanse PTFE cijevi izmjenjivača topline?
Ostavi poruku
Unutrašnji prenos toplote u glatkoj PTFE cevi je loš zbog sklonosti laminarnom toku. Ali umetanje oblikovanog uređaja, turbulatora, u cijev može drastično utjecati na obrazac strujanja, povećavajući turbulenciju i koeficijent prijenosa topline. Geometrija umetka turbulatora je važan faktor za uspeh procesa razmene toplote i utiče na termičke performanse kao i na pad pritiska.
Tipični oblici umetaka turbulatora
PTFE izmjenjivači topline često koriste mnoge tipove turbulatora za povećanje turbulencije na strani cijevi i poboljšanje prijenosa topline. Tri najčešće korišćene geometrije su upletene trake, žičani namotaji i udubljeni ili valoviti umetci.
Trake pocepane
Uvrnute trake su spiralne trake materijala postavljene unutar cijevi da izazovu vrtložni tok koji vodi tekućinu prema zidovima cijevi. Ova geometrija značajno razbija laminarni tok koji pogoduje turbulenciji i povećava koeficijent prijenosa topline. Jedan od najefikasnijih i najefikasnijih dizajna turbulatora u praksi za povećanje prenosa toplote u PTFE izmenjivačima toplote je upredena traka. Vrtložni tok koji stvaraju poboljšava miješanje fluida, što dovodi do veće distribucije topline preko površine cijevi.
Wire Coiling
Još jedan čest pristup za povećanje turbulencije unutar PTFE cijevi je korištenje opružnih-umetaka ili namotaja žice. Kako tekućina prolazi kroz cijev, ovi zavojnici prekidaju granični sloj. Haotično kretanje prekida laminarni tok. Žičani namotaji čine fluid da se kreće na nepravilan način čime se povećava brzina prijenosa topline. Zanimljivo je napomenuti da žičani namotaji daju uravnotežen način povećanja turbulencije bez stvaranja velikih prepreka strujanju.
Umetak sa udubljenjem ili valovitim slojem
Udubljeni ili valoviti umetci stvaraju male, lokalizirane vrtloge u struji. Ovi vrtlozi stvaraju turbulenciju u protoku fluida preko površine umetka, čime se povećava koeficijent prijenosa topline. Umetci sa udubljenjem su manje invazivni od upletenih traka ili namotaja žice, ali su posebno korisni u aplikacijama gdje je važno održavati nizak pad tlaka. U praksi se često primenjuju sistemi sa udubljenim ili valovitim umetcima gde se traži umereno povećanje prenosa toplote sa minimalnim uticajem na snagu pumpe.
Razmjena performansi-Isključen prijenos topline u odnosu na pad pritiska
Svaka geometrija umetka turbulatora povećava Nusselt broj-strane cijevi, bezdimenzionalnu količinu koja je mjera učinka prijenosa topline. Međutim, ove geometrije dovode do povećanja pada tlaka u izmjenjivaču topline što može doprinijeti povećanim troškovima pumpanja. Najbolji izbor oblika umetka turbulatora određen je kompromisom između povećanja prijenosa topline i dozvoljenog pada tlaka.
Općenito upletene trake pružaju najveće povećanje prijenosa topline, ali i značajno povećanje gubitka tlaka. Žičani namotaji pružaju sredinu u smislu prijenosa topline i pada tlaka, a time i performansi i energetske efikasnosti. Umetci sa udubljenjem obezbeđuju najmanji pad pritiska, ali obezbeđuju niže poboljšanje prenosa toplote u poređenju sa druge dve alternative.
Izbor optimalnog umetka turbulatora zavisiće od zadatka prenosa toplote koji treba da se izvrši i dozvoljene snage pumpanja u sistemu. U sistemima sa visokim protokom ili kada je potrošnja energije primarni problem, idealan je umereniji dizajn turbulatora kao što su žičani namotaji ili udubljenja.
Tabela poređenja za tipove turbulatora
Utjecaj tipa turbulatora na pad tlaka u poboljšanju prijenosa topline
Upletene trake Visoko Visoko Namotaji žice Umjereno Umjereno
Dimpled Inserts Srednje Nizak Zaključak
Turbulatorski umetci su isplativa i praktična nadogradnja za poboljšanje termičkih performansi PTFE cijevi izmjenjivača topline. Ovi umetci povećavaju brzinu prijenosa topline povećavajući turbulenciju na-strani cijevi. Ovo je posebno korisno za materijale niske toplotne provodljivosti kao što je PTFE. Geometrija umetka turbulatora mora biti pažljivo odabrana kako bi se postiglo željeno poboljšanje u prijenosu topline, uz održavanje pada tlaka u prihvatljivom rasponu. Poboljšanje prijenosa topline i dalje je važno područje inovacija za termičku obradu. Razvoj novih dizajna i materijala turbulatora će vjerovatno donijeti još veće performanse.
