Kā bedrītes vai gofrētas PTFE caurules uzlabo siltuma pārnesi bez papildu ieliktņiem?

Bedrītes, rievojumus vai spirāles var izgatavot tieši uz pašas caurules, nevis pievienojot atsevišķu ierīci. Šie integrētie elementi palīdz pārtraukt plūsmu un palielināt siltuma pārnesi, neradot risku, ka ieliktnis var kļūt vaļīgs vai radīt šķēršļus.

Kāpēc ir jāapsver pasīvā cauruļu ģeometrijas uzlabošana?
Daudzos ķīmiskos un farmaceitiskos procesos siltummaiņu uzticamība ir vienlīdz svarīga kā to termiskā veiktspēja. Tradicionālajām uzlabošanas metodēm, piemēram, savītām lentēm vai stiepļu spolēm, ir iekšējie komponenti, kas ir pakļauti migrācijai, nogurumam vai piesārņojuma vietām. Vēl viena pieeja ir pašas caurules sienas maiņa. PTFE caurulēm ar bedrītēm vai gofrētām caurulēm ir virsmas raupjums vai viļņojums, kas ir raksturīgs caurulei. Atšķirīgu gabalu neesamība nozīmē, ka mehānisku bojājumu, ieliktņu iesprūšanas vai plūsmas bloķēšanas iespēja ir gandrīz samazināta.

Šī metode ir īpaši pievilcīga darbam ar šķidrumiem, kas satur suspendētās cietās vielas, kristāliskas suspensijas vai vidi, kas ir pakļauta polimerizācijai. Šādiem prasīgiem lietojumiem tiek izmantota iedobta vai rievota gluda iekšējā caurule, lai radītu turbulenci bez plaisām, kur varētu uzkrāties gruži.

Kā bedrītes un rievojumi sajaucas ar plūsmu
PTFE caurule ar bedrītēm vai gofrēta caurule ir caurule, kuras garumā ir virkne periodisku iedobumu vai bedrīšu, vai izplešanās un saraušanās vai rievojumu maiņas. Šķidrumam plūstot pāri šīm ģeometriskajām atšķirībām, sienai blakus esošais robežslānis tiek secīgi izjaukts un atjaunots. Virpuļi tiek izmesti aiz katras bedrītes vai rievojuma grēdas, lai izraisītu radiālu sajaukšanos starp kodola šķidrumu un sienas apgabalu. Sajaukšana efektīvi atšķaida termisko robežslāni un tādējādi uzlabo konvektīvās siltuma pārneses koeficientu.

Uzlabošanas mehānisms pilnībā atšķiras no savītās lentes ieliktņa. Vītā lente nodrošina vienmērīgu spirālveida virpuļošanu, bet bedrītes un rievojums rada lokalizētu periodisku turbulenci. Iegūtā gofrētās PTFE caurules siltuma pārneses veiktspēja parasti ir mērenāka — par 20–60% uzlabojumu, salīdzinot ar gludu cauruli, bet ar proporcionāli mazāku spiediena krituma pieaugumu, parasti starp 30–100%.

Praksē ģeometriskos parametrus (bedrītes dziļumu, rievojuma soli un augstumu) var iestatīt, lai{0}}kompensētu siltuma pārneses pieaugumu un berzes zudumu. Īsāka soļa rievojums vai dziļākas bedrītes rada spēcīgāku turbulenci, bet arī nodrošina lielāku pretestību. Garāki, seklāki raksti nodrošina vienmērīgāku plūsmu ar mērenāku impulsu.

Atsevišķu ieliktņu priekšrocības
Iedobtām vai gofrētām PTFE caurulēm ir dažādas praktiskas priekšrocības salīdzinājumā ar savītu lenti vai citiem vaļīgiem ieliktņiem:

pastāvīga ieliktņa ģeometrijas veidošanās caurules sieniņā. Nav ieliktņa migrācijas riska: ieliktnis nevar pārvietoties lejup, savainojot caurules galus vai pieskaroties caurules loksnei.

Bez papildu saskares pretestības: ar atsevišķu ieliktni termiskā kontakta pretestība atrodas starp ieliktni un caurules sienu. Nav papildu pretestības, jo nav saskarnes ar iebūvētām bedrītēm vai rievām.

Vienkārša pārbaude un tīrīšana Gofrētas caurules iekšpuse joprojām ir atvērts, netraucēts kanāls. Parasti pietiek ar tīrīšanas cūkas vai birstes pāreju. Tīrot cauruli ar savītu lenti, var būt nepieciešams noņemt ieliktni.

Samazināts mehāniskā nodiluma risks: virpuļojoši ieliktņi laika gaitā var izraisīt vibrācijas un PTFE caurules sienas noberšanos, īpaši pie lielāka plūsmas ātruma. Integrētajai ģeometrijai nav relatīvas kustības starp cauruli un uzlabojošo funkciju.

It should be pointed out that even for very high heat transfer enhancement objectives (>100%) savītas lentes ieliktnis ir labāks nekā bedrītes vai gofrētās caurules. Tomēr integrētā caurules konstrukcija ir populāra izvēle lietojumiem, kur ir pieļaujami nelieli uzlabojumi un uzticamība ir ārkārtīgi svarīga.

PTFE apstrāde
Metāla siltummaiņos (piemēram, nerūsējošā tērauda, ​​muca) parasti izmanto gofrētas un bedrītes caurules. Lai tos izmantotu PTFE, ir nepieciešamas dažas unikālas ekstrūzijas vai termoformēšanas procedūras. PTFE nevar apstrādāt kā termoplastu. PTFE parasti ir ekstrudēts ar aunu vai pastas presēts. PTFE pēc saķepināšanas var izmantot rotācijas -perforēšanas metodi, lai iegūtu precīzus iedobumus vai rievojumus, vai caurules vilkšanai var izmantot virkni apsildāmu presformu. Nepārtrauktas gofrētas PTFE caurules ir komerciāli pieejamas no specializētiem ražotājiem nelielam diametram (parasti 6-25 mm).

Sienas biezuma kontrolei jābūt ļoti stingrai. Siena var būt pārāk plāna un var sabrukt zem iekšējā spiediena rievojumu augšdaļās; siena var būt pārāk bieza, un ir samazināta lieces atbilstība, kas nepieciešama, lai izveidotu blīvu gofrējumu. Gofrēto PTFE siltummaiņa cauruļu sieniņu biezums parasti ir diapazonā no 0,8 līdz 2,0 mm atkarībā no diametra un spiediena.

Plūsmas režīma un spiediena zuduma ietekme
Laminārajā plūsmā (Re < 2000) būtiska ietekme ir bedrīšu un rievojumu klātbūtnei. Pat pie zemiem Reinoldsa skaitļiem tie izraisa agrīnu pāreju uz nestabilu, jauktu -dominētu plūsmas režīmu, kas palielina Nuselta skaitli par 40–80%, salīdzinot ar gludu cauruli. Svarīgs ir arī sods par spiediena zudumu, jo plūsma ir spiesta nepārtraukti paātrināties un palēnināties.

Turbulentā plūsmā (Re > 4000) relatīvais uzlabojums ir retāk - 20-40%, jo dabiskā turbulence jau nodrošina efektīvu sajaukšanos. Tomēr spiediena samazināšanās procentuālais pieaugums mēdz būt mazāks. Pareizi konstruētas bedrītes caurules termiskās veiktspējas koeficients (siltuma pārneses uzlabojuma attiecība pret berzes pieaugumu līdz 1/3 jaudai) var būt labāks par 1,2, kas norāda uz neto enerģijas ietaupījumu salīdzinājumā ar gludu cauruli ar tādu pašu sūknēšanas jaudu.

Tālāk esošajā tabulā ir apkopoti tipiski veiktspējas diapazoni PTFE caurulēm ar bedrītēm vai rievotiem, salīdzinot ar gludām PTFE caurulēm, kuru pamatā ir ūdens, piemēram, šķidrumi Re=2000-5000.

Parametra tipiskā uzlabojuma diapazons Nuselta skaitļa (siltuma pārneses koeficienta) uzlabojums no ++20% līdz +60%
Berzes koeficienta (spiediena krituma) palielināšanās no +30% līdz +100%
Siltuma veiktspējas koeficients (η) 1,1-1,3 Secinājums
Bedrinātas vai gofrētas PTFE caurules piedāvā vienkāršu, pasīvu veidu, kā uzlabot siltuma pārnesi ar ļoti labu uzticamību. Caurules ir konstruētas tā, lai izveidotu vienotas virsmas ģeometrijas, kas nojauc robežslāni un veicina radiālo sajaukšanos, kā rezultātā nedaudz (20-60%) palielinās siltuma pārnese, neradot ieliktņa migrācijas, saskares pretestības vai tīrīšanas problēmas. Forma ir īpaši noderīga lietojumos, kas satur daļiņas, kristālus vai piesārņojošus šķidrumus, kur atsevišķi ieliktņi būtu problemātiski. Caurules ģeometrija joprojām ir būtisks aspekts siltummaiņa konstrukcijā, un ar PTFE, iedobtas vai gofrētas formas piedāvā pievilcīgu veiktspējas, tīrāmības un ilgstošas ​​​​noturības sajaukumu.