Yn hytrach na mewnosod dyfais ar wahân, gall y tiwb ei hun gael ei ffurfio gyda dimples, corrugations, neu droellau yn ystod gweithgynhyrchu. Mae'r nodweddion annatod hyn yn amharu ar y llif ac yn gwella trosglwyddiad gwres heb y risg y bydd mewnosodiad yn dod yn rhydd neu'n achosi rhwystr.
Pam Ystyried Gwella Goddefol Trwy Geometreg Tiwb
Mewn llawer o brosesau cemegol a fferyllol, mae dibynadwyedd cyfnewidydd gwres mor hanfodol â pherfformiad thermol. Mae dulliau gwella traddodiadol-megis tâp dirdro neu fewnosodiadau coil gwifren-yn ychwanegu cydrannau mewnol a all fudo, blinder, neu ddod yn safleoedd baeddu. Dull arall yw addasu wal y tiwb ei hun. Mae tiwbiau PTFE dimpled neu rhychiog yn cyflawni garwedd arwyneb neu wibrwydd sy'n rhan annatod o'r tiwb. Oherwydd nad oes unrhyw rannau ar wahân, mae'r risg o fethiant mecanyddol, mewnosod, neu rwystr llif yn cael ei ddileu yn y bôn.
Mae'r dull hwn yn arbennig o ddeniadol ar gyfer trin hylifau â solidau crog, slyri crisialog, neu gyfryngau sy'n dueddol o bolymereiddio. Ar gyfer cymwysiadau heriol o'r fath, mae tiwb mewnol llyfn gyda dimples neu rhychiadau yn darparu cynnwrf heb agennau lle gall malurion gasglu.
Pa fodd y mae pympiau a rhychleoedd yn tarfu ar y llif
Mae gan diwb PTFE dimpled neu rhychog gyfres o mewnoliadau cyfnodol (dimples) neu ehangiadau a chyfangiadau bob yn ail (corrugations) ar ei hyd. Pan fydd hylif yn mynd trwy'r amrywiadau geometrig hyn, mae'r haen ffin ger y wal yn cael ei thorri a'i hailsefydlu dro ar ôl tro. Mae vortices chwyrlïo yn cael eu sied y tu ôl i bob crib pylu neu rychwant, gan hyrwyddo cymysgu rheiddiol rhwng yr hylif craidd a'r rhanbarth wal. Mae'r cymysgu hwn yn effeithiol yn teneuo'r haen ffin thermol, gan arwain at gyfernod trosglwyddo gwres darfudol uwch.
Mae'r mecanwaith gwella yn sylfaenol wahanol i fecanwaith gosod tâp dirdro. Mae tâp dirdro yn cynhyrchu chwyrliadau helical parhaus, tra bod pylau a rhychiadau yn cynhyrchu cynnwrf lleol, cyfnodol. Y canlyniadtrosglwyddo gwres tiwb rhychiog PTFE dimpledmae perfformiad fel arfer yn fwy cymedrol-tuag at welliant o 20-60% dros diwb llyfn-ond gyda chynnydd cyfrannol is mewn gwasgedd, yn aml rhwng 30-100%.
Yn ymarferol, gellir tiwnio'r paramedrau geometrig (dyfnder dimple, traw corrugation, ac uchder) i gydbwyso enillion trosglwyddo gwres yn erbyn colled ffrithiant. Mae rhychiadau traw byrrach neu dwmpathau dyfnach yn creu cynnwrf cryfach ond hefyd ymwrthedd uwch. Mae patrymau hirach, bas yn darparu llif llyfnach gyda gwelliant mwy cymedrol.
Manteision Dros Mewnosodiadau Ar Wahân
Mae tiwbiau PTFE dimpled neu rhychiog yn cynnig nifer o fanteision ymarferol o gymharu â thâp troellog neu fewnosodiadau rhydd eraill:
Dim risg o fewnfudo: Mae'r geometreg gwella yn cael ei ffurfio'n barhaol i wal y tiwb. Nid oes unrhyw bosibilrwydd y bydd mewnosodiad yn symud i lawr yr afon, yn niweidio pennau'r tiwb, neu'n cysylltu â'r daflen tiwb.
Dim ymwrthedd cyswllt ychwanegol: Gyda mewnosodiad ar wahân, mae gwrthiant cyswllt thermol yn bodoli rhwng y mewnosodiad a wal y tiwb. Mae pantiau neu rhychiadau annatod yn osgoi'r gwrthiant ychwanegol hwn oherwydd nad oes rhyngwyneb yn bresennol.
Glanhau ac archwilio haws: Mae tu mewn tiwb rhychiog yn dal i fod yn dramwyfa agored, dirwystr. Gall mochyn neu frwsh glanhau basio drwodd fel arfer, yn wahanol i diwb sy'n cynnwys tâp dirdro, lle gall glanhau fod angen tynnu'r mewnosodiad.
Risg is o draul mecanyddol: Gall mewnosodiadau chwyrlïo ddirgrynu neu grafu wal y tiwb PTFE dros amser, yn enwedig ar gyflymder llif uwch. Nid yw geometreg annatod yn achosi unrhyw symudiad cymharol rhwng y tiwb a'r nodwedd wella.
Mae'n werth nodi, ar gyfer targedau gwella trosglwyddo gwres uchel iawn (dros 100%), bod mewnosodiad tâp dirdro yn dal i berfformio'n well na thiwbiau dimpled neu rhychiog. Fodd bynnag, ar gyfer ceisiadau lle mae gwelliant cymedrol yn ddigonol a dibynadwyedd yn hollbwysig, geometreg tiwb annatod yn aml yw'r ateb a ffefrir.
Ystyriaethau Gweithgynhyrchu ar gyfer PTFE
Defnyddir tiwbiau rhychiog a dimpled yn eang mewn cyfnewidwyr gwres metel (ee, dur di-staen neu gopr). Mae eu haddasiad i PTFE yn gofyn am dechnegau allwthio neu thermoformio arbenigol. Nid yw PTFE yn broses doddi yn yr un modd â thermoplastigion; fel arfer mae wedi'i allwthio gan hwrdd neu wedi'i allwthio â phast. Cyflawnir ffurfio dimples neu rhychiadau manwl gywir yn PTFE trwy basio'r tiwb trwy gyfres o farw wedi'i gynhesu neu trwy ddefnyddio proses dyrnu cylchdro ar ôl sintro. Ar gyfer diamedrau bach (6-25 mm fel arfer), mae tiwbiau PTFE rhychog parhaus ar gael yn fasnachol gan weithgynhyrchwyr arbenigol.
Rhaid rheoli trwch y wal yn ofalus. Gall wal rhy denau ddymchwel o dan bwysau mewnol ar y brigau corrugation; mae wal rhy drwchus yn lleihau'r cydymffurfiad hyblyg sydd ei angen i ffurfio corrugations tynn. Mae trwch wal nodweddiadol ar gyfer tiwbiau cyfnewidydd gwres PTFE rhychiog yn amrywio o 0.8 i 2.0 mm, yn dibynnu ar ddiamedr a graddfa pwysau.
Effeithiau Cyfundrefn Gollwng a Llif
Mewn llif laminaidd (Re < 2000), mae pylau a rhychiadau yn cael effaith ddramatig. Maent yn ysgogi trawsnewidiad cynnar i gyfundrefn llif ansad, wedi'i dominyddu gan gymysgu hyd yn oed ar niferoedd Reynolds isel, gan gynyddu nifer Nusselt 40-80% o'i gymharu â thiwb llyfn. Mae'r gosb gollwng pwysau hefyd yn sylweddol, gan fod y llif yn cael ei orfodi i gyflymu ac arafu dro ar ôl tro.
Mewn llif cythryblus (Re> 4000), mae'r gwelliant cymharol yn llai-yn aml 20-40%-oherwydd bod y cynnwrf cynhenid eisoes yn darparu cymysgedd da. Fodd bynnag, mae'r cynnydd mewn pwysau hefyd yn tueddu i fod yn is o ran canrannau. Gall tiwb dimpled wedi'i ddylunio'n dda gyflawni ffactor perfformiad thermol (cymhareb gwelliant trosglwyddo gwres i gynnydd ffrithiant i'r pŵer 1/3) yn fwy na 1.2, gan nodi arbedion ynni net o'i gymharu â thiwb llyfn ar gyfer yr un pŵer pwmpio.
Mae'r tabl isod yn crynhoi ystodau perfformiad nodweddiadol ar gyfer tiwbiau PTFE dimpled neu rhychiog o'u cymharu â thiwbiau PTFE llyfn, yn seiliedig ar hylifau tebyg i ddŵr yn Re=2000-5000.
| Paramedr | Ystod Gwella Nodweddiadol |
|---|---|
| Gwelliant rhif Nusselt (cyfernod trosglwyddo gwres). | +20% i +60% |
| Cynnydd ffactor ffrithiant (gostyngiad pwysau). | +30% i +100% |
| Ffactor perfformiad thermol (η) | 1.1 – 1.3 |
Casgliad
Mae tiwbiau PTFE dimpled neu rhychiog yn cynnig dull syml, goddefol i wella trosglwyddo gwres gyda dibynadwyedd rhagorol. Trwy greu geometreg arwyneb annatod sy'n tarfu ar yr haen ffin ac yn hyrwyddo cymysgu rheiddiol, mae'r tiwbiau hyn yn cyflawni gwelliant trosglwyddo gwres cymedrol (20-60%) heb y risg o fewnfudo, ymwrthedd cyswllt neu anawsterau glanhau. Mae'r geometreg yn arbennig o werthfawr mewn gwasanaethau sy'n cynnwys gronynnau, crisialau, neu hylifau baeddu lle byddai mewnosodiadau ar wahân yn anymarferol. Mae geometreg tiwb yn parhau i fod yn newidyn pwysig mewn dyluniad cyfnewidydd gwres-ac ar gyfer PTFE, mae ffurfiau rhychiog neu dimpl yn darparu cydbwysedd cymhellol o berfformiad, glanweithdra, a chadernid hirdymor.
