Standarta savīta lente PTFE caurules iekšpusē rada vienotu, nepārtrauktu virpuli. Jauns dizains paplašina šo koncepciju: tas periodiski maina vērpšanas virzienu, liekot virpuļojošajam šķidrumam atsist pret sienu, sagāzties un pēc tam sākt virpuļot pretējā virzienā. Šis atkārtotais traucējums rada agresīvu sajaukšanu un ievērojami uzlabo konvektīvās siltuma pārneses veiktspēju salīdzinājumā ar parastajiem ieliktņiem.
Topošaisdivvirzienu savītas lentes ieliktnis PTFE caurulekoncepcija ir nākamais solis pasīvajā termiskajā uzlabošanā, jo īpaši lietojumos, kur ķīmiskā savietojamība un modernizācijas vienkāršība ir būtiska.
No nepārtrauktas virpuļas līdz mainīga virpuļa maiņai
Tradicionālie savīti lentes ieliktņi rada vienmērīgu spirālveida plūsmu caurules iekšpusē. Šis virpulis samazina termiskā robežslāņa biezumu un uzlabo siltuma pārnesi, noturot siltāku šķidrumu prom no sienas un aizstājot to ar vēsāku kodola šķidrumu.
Tomēr šī ietekme ir samērā stabila un paredzama. Kad virpulis ir pilnībā izveidots, tas sasniedz gandrīz-noturīgu struktūru, kas ierobežo turpmāku sajaukšanas uzlabošanu.
Divvirzienu savītas lentes maina šo darbību, ieviešot mainīgus segmentus, kas griežas pulksteņrādītāja virzienā un pretēji -pulksteņrādītāja virzienam. Katrā pārejas punktā plūsma ir spiesta strauji mainīt leņķiskā impulsa virzienu.
Virpuļu maiņas plūsmas fizika
Pēkšņs leņķiskā impulsa pārtraukums
Pie katras maiņas no pulksteņrādītāja virziena uz pretēji{0}}pulksteņrādītāja virzienam, virpuļplūsma tiek pēkšņi palēnināta un ir spiesta pārkārtoties. Šķidrums nevar vienmērīgi pāriet starp pretējiem rotācijas virzieniem, izraisot intensīvu lokālu turbulenci.
Šķidrums ir spiests veikt vingrošanas rutīnu caurules iekšpusē, nepārtraukti paātrinot, palēninot un pārorientējot savu iekšējo kustību struktūru.
Šis mehānisms rada:
Spēcīgas virpuļu sabrukšanas zonas
Vietējā bīdes slāņa nestabilitāte
Strauji robežslāņa pārrāvumi
Atkārtota serdes un tuvu{0}}sienas šķidruma sajaukšana
Robežslāņa reformācijas cikls
Galvenais uzlabošanas mehānisms ir termiskā robežslāņa periodiska iznīcināšana un pārveidošana. Tā vietā, lai ļautu uz caurules sienas izveidoties stabilam izolācijas slānim, katrs pagrieziens notīra un atiestata plūsmas stāvokli.
Šī atkārtotā robežslāņa reģenerācija rada ievērojami augstākus vidējos siltuma pārneses koeficientus, salīdzinot ar vienvirzienā savītām lentēm.
Termiskās{0}}hidrauliskās veiktspējas priekšrocības
Uzlabota siltuma pārnese pie mērena spiediena krituma
Thedivvirzienu savītas lentes ieliktnis PTFE caurulekonfigurācija parasti rada lielāku spiediena kritumu nekā gluda caurule nepārtrauktas plūsmas šķēršļu un virziena izmaiņu dēļ. Tomēr siltuma pārneses pieaugums ir nesamērīgi lielāks nekā sūknēšanas jaudas pieaugums.
Tādējādi tiek uzlabota kopējā termiskā{0}hidrauliskā veiktspēja, ko bieži izsaka kā siltuma pārnesi uz spiediena krituma vai sūknēšanas enerģijas vienību.
Daudzās lietojumprogrammās šis kompromiss{0}}ir labvēlīgs, jo:
Siltuma pārneses ierobežojumi dominē sistēmas darbībā
Sūknēšanas jauda jau ir pieejama esošajās sistēmās
Termiskās vājās vietas ierobežo procesa caurlaidspēju
Veiktspēja pārejas plūsmas režīmos
Divvirzienu savītās lentes ir īpaši efektīvas pārejas Reinoldsa skaitļu diapazonā, kur plūsma nav ne pilnībā lamināra, ne pilnībā turbulenta.
Šajā režīmā:
Dabiskā sajaukšana ir vāja
Robežslāņi saglabājas daļēji stabili
Standarta savītas lentes var pilnībā destabilizēt plūsmu
Mainīgā virpuļu struktūra rada pietiekamus traucējumus, lai piespiestu atkārtotu pāreju uz lokalizētu turbulenci, uzlabojot veiktspēju vietās, kur parastie modeļi ir mazāk efektīvi.
Dizaina parametri un optimizācija
Pagrieziena solis un segmenta garums
Divi galvenie ģeometriskie parametri nosaka veiktspēju:
Pagrieziena solis (griešanās pakāpe uz garuma vienību)
Katra virziena segmenta garums
Īsāki segmenti palielina virpuļu maiņas biežumu, pastiprinot sajaukšanos, bet arī palielinot spiediena kritumu. Garāki segmenti samazina spiediena zudumu, bet vājina sajaukšanas efektu.
Tāpēc optimizācijai ir nepieciešams līdzsvarot:
Siltuma uzlabošanas prasības
Sūknēšanas jaudas ierobežojumi
Caurules materiāla ierobežojumi
Netīrumu jutība
Materiālu saderība ar PTFE caurulēm
PTFE savītās lentes ieliktņus bieži izmanto ķīmiski agresīvā vidē to inertā rakstura dēļ. Saderība ar skābēm, hlorīdiem un oksidējošām vielām padara tos piemērotus modernizācijai:
Ķīmiskās apstrādes siltummaiņi
Galvanizācijas temperatūras kontroles sistēmas
Speciālas šķidruma sildīšanas cilpas
Tā kā gan caurule, gan ieliktnis var būt fluorpolimēru{0}}bāzes, ķīmiskās mijiedarbības risks tiek samazināts līdz minimumam.
Esošo siltummaiņu modernizācijas potenciāls
Viena no nozīmīgākajām divvirzienu savītās lentes tehnoloģijas priekšrocībām{0} ir tās piemērotība modernizācijai. Esošos PTFE cauruļu siltummaiņus bieži var uzlabot bez būtiskām strukturālām izmaiņām.
Iespējamie ieguvumi ietver:
Palielināta siltuma jauda, nepalielinot nospiedumu
Uzlabota izplūdes temperatūras kontrole
Uzlabota procesa stabilitāte
Samazināta nepieciešamība pēc papildu siltummaiņa virsmas laukuma
Termiski ierobežotās sistēmās tas var nodrošināt rentablu veiktspējas{0}}jauninājumu, nenomainot visu siltummaini.
Inženiertehnisko{0}}tirdzniecības kopsavilkums
Lai gan spiediena kritums palielinās, salīdzinot ar gludām caurulēm, kopējā sistēmas efektivitāte bieži uzlabojas, jo:
Spēcīgāka un biežāka sajaukšana
Samazināta termiskā pretestība
Uzlaboti sienas siltuma pārneses koeficienti
Labāka esošās virsmas izmantošana
Tas padara tehnoloģiju īpaši pievilcīgu industriālajās sistēmās, kurās ir -ierobežota enerģija vai telpa{1}}.
Secinājums
Divvirzienu savītas lentes ir vienkārša, bet ļoti efektīva pasīvās siltuma pārneses uzlabošanas evolūcija. Ieviešot mainīgu virpuļu virzienu PTFE caurulēs, plūsma tiek atkārtoti traucēta, robežslāņi tiek nepārtraukti atjaunoti, un termiskā sajaukšana tiek ievērojami pastiprināta.
Thedivvirzienu savītas lentes ieliktnis PTFE caurulepieeja parāda, kā salīdzinoši vienkāršas ģeometrijas izmaiņas var radīt būtisku siltuma veiktspējas pieaugumu pat pie mēreniem spiediena krituma palielinājumiem. Daudzās sistēmās šis līdzsvars nodrošina augstāku kopējo efektivitāti salīdzinājumā ar parastajām uzlabošanas metodēm.
Tā kā termiskās sistēmas turpina pieprasīt lielāku veiktspēju no kompaktajām iekārtām, turpmākā siltummaiņa konstrukcija var arvien vairāk paļauties uz stratēģijām, kas apzināti destabilizē plūsmas struktūras. Dažreiz labākais veids, kā uzlabot siltummaini, ir sasiet šķidrumu mezglos un ļaut kontrolētam haosam to darīt.
