Mae cyfnewidwyr gwres PTFE yn cynnig ymwrthedd cyrydiad heb ei ail, ond mae eu dargludedd thermol isel yn aml yn gorfodi dylunwyr i nodi ardaloedd arwyneb mawr. Mae techneg gwella goddefol-y mewnosodiad tâp dirdro-yn cynnig ffordd o hybu cyfraddau trosglwyddo gwres heb aberthu cydnawsedd cemegol na chynyddu maint y cyfnewidydd.
Mewn llawer o systemau thermol modern, mae'rmewnosoder tâp dirdro cyfnewidydd gwres PTFEmae cyfluniad yn cael ei werthuso fel dull ymarferol i wella perfformiad mewn offer prosesu cemegol cryno.
Sut Mae Mewnosod Tâp Troellog yn Gweithio
Mae mewnosodiad tâp dirdro yn stribed tenau o PTFE neu PFA sydd wedi'i throelli'n fecanyddol i siâp helical a'i fewnosod ar hyd tiwb cyfnewidydd gwres. Er gwaethaf ei geometreg syml, mae'r ddeinameg llif y mae'n ei gyflwyno yn hynod effeithiol.
Yn ymarferol, mae'r hylif yn cael ei orfodi i ddilyn llwybr llif troellog hirach yn lle llwybr echelinol syth. Mae'r chwyrlïo anwythol hwn yn cynyddu cyflymder hylif ger wal y tiwb ac yn cynhyrchu vortices llif eilaidd trwy'r trawstoriad.
Mae'r vortices hyn yn tarfu'n barhaus ar yr haen ffin thermol-y ffilm denau, gymharol llonydd o hylif sydd fel arfer yn gweithredu fel rhwystr ynysu rhwng yr hylif swmp a wal y tiwb. Pan fydd yr haen ffin hon yn cael ei thorri a'i diwygio dro ar ôl tro, mae trosglwyddiad gwres darfudol yn cael ei wella'n sylweddol.
Mae ymchwil a data maes yn dangos bod y mecanwaith hwn yn arbennig o effeithiol mewn cyfundrefnau llif trosiannol a chwbl gythryblus, lle mae cymysgu momentwm yn chwarae rhan flaenllaw mewn cludo gwres.
Meintioli'r Enillion Perfformiad
Y prif fetrig a ddefnyddir i werthuso'r gwelliant hwn yw'r rhif Nusselt, sy'n cynrychioli'r gymhareb trosglwyddo gwres darfudol i ddargludol ar y ffin hylif.
Gyda mewnosodiadau tâp dirdro, mae'r rhif Nusselt fel arfer yn cynyddu gan30–50%o'i gymharu â thiwb plaen o dan amodau gweithredu tebyg. Mae'r gwelliant hwn yn trosi'n uniongyrchol i gyfernod trosglwyddo gwres cyffredinol uwch (gwerth U-), sy'n caniatáu cyflawni'r un ddyletswydd thermol gydag arwynebedd cyfnewidydd llai.
O safbwynt dylunio, gall y gostyngiad hwn yn yr ardal trosglwyddo gwres sy'n ofynnol leihau ôl troed offer, defnydd deunydd a chost gosod yn sylweddol. Mewn systemau lle mae angen adeiladu PTFE eisoes ar gyfer ymwrthedd cyrydiad, mae'r enillion effeithlonrwydd hwn yn dod yn arbennig o werthfawr oherwydd bod lleihau arwynebedd yn effeithio'n uniongyrchol ar wariant cyfalaf.
Mae'n bwysig nodi bod enillion perfformiad yn dibynnu ar drefn llif, priodweddau hylif, a geometreg mewnosod, a gallant amrywio ar draws gwahanol gymwysiadau.
Ystyriaethau Gollwng Pwysau
Er bod mewnosodiadau tâp dirdro yn gwella trosglwyddo gwres, maent hefyd yn cyflwyno ymwrthedd hydrolig ychwanegol. Mae'r llif chwyrlïol yn cynyddu colledion ffrithiannol ar hyd wal y tiwb, gan arwain at gynnydd mewn gostyngiad pwysau fel arfer yn yr ystod o2 i 3 gwaitho'i gymharu â thiwb llyfn, gwag.
Mae hyn yn cyflwyno masnach ddylunio bwysig-i ffwrdd. Mae gofynion pŵer pwmpio yn cynyddu, sy'n effeithio'n uniongyrchol ar y defnydd o ynni gweithredu. O ganlyniad, mae angen optimeiddio lefel y system i gydbwyso perfformiad thermol yn erbyn cost hydrolig.
Er bod mewnosodiadau tâp dirdro yn gwella trosglwyddo gwres, maent hefyd yn cynyddu gostyngiad pwysau. Mae'r optimwm economaidd yn dibynnu ar gost gymharol arwynebedd arwyneb y cyfnewidydd yn erbyn pŵer pwmpio. Mewn-systemau ynni-ddwys, mae'r ffurfweddiad mwyaf effeithlon yn aml yn cael ei bennu gan ddadansoddiad cost cylch bywyd yn hytrach na pherfformiad thermol yn unig.
Effeithiau Gweithredol Ychwanegol
Y tu hwnt i wella trosglwyddo gwres, mae mewnosodiadau tâp dirdro hefyd yn dylanwadu ar ymddygiad baeddu. Mae'r chwyrliadau anwythol a'r straen cneifio wal yn creu gweithred sgwrio ysgafn ar hyd wyneb y tiwb. Gall hyn leihau cyfradd croniad dyddodion mewn cymwysiadau sy'n cynnwys hylifau graddoli neu ffrydiau gronynnol.
Mewn systemau sy'n seiliedig ar PTFE, mae'r fantais eilaidd hon yn arbennig o berthnasol oherwydd gall baeddu fel arall leihau effeithlonrwydd trosglwyddo gwres dros amser er gwaethaf nodweddion nad ydynt yn glynu wrth y deunydd.
Ystyriaethau Dylunio a Deunydd
Er mwyn cynnal cydnawsedd cemegol llawn, mae mewnosodiadau tâp dirdro a ddefnyddir mewn systemau cyfnewidydd gwres PTFE fel arfer yn cael eu cynhyrchu o PTFE neu PFA. Mae hyn yn sicrhau nad yw ymwrthedd cyrydiad yn cael ei beryglu hyd yn oed mewn amgylcheddau cemegol ymosodol iawn.
Mae sefydlogrwydd mecanyddol hefyd yn ystyriaeth allweddol. Rhaid i fewnosodiadau gynnal cyfanrwydd adeileddol o dan ddirgryniad a achosir gan lif parhaus tra'n cadw geometreg gyson i sicrhau perfformiad hydrolig rhagweladwy.
Casgliad
Mae mewnosodiadau tâp dirdro yn cynrychioli dull gwella goddefol sydd wedi'i hen sefydlu ar gyfer gwella perfformiad trosglwyddo gwres mewn systemau cyfnewidydd gwres PTFE. Trwy ysgogi llif chwyrlïol ac amharu ar yr haen ffin thermol, gall y mewnosodiadau hyn gynyddu nifer Nusselt 30-50%, gan alluogi dyluniadau cyfnewidwyr mwy cryno ac effeithlon.
Ar yr un pryd, mae'r cynnydd cysylltiedig mewn gostyngiad pwysau yn gofyn am gydbwyso lefel perfformiad thermol a hydrolig yn ofalus. O ganlyniad, mae dyluniad cyfnewidydd gwres uwch yn dibynnu'n gynyddol ar optimeiddio integredig o drosglwyddo gwres, ymwrthedd llif, ac effeithlonrwydd gweithredol.
Mewn gosodiadau newydd a chymwysiadau ôl-osod, mae technoleg tâp dirdro yn parhau i gynnig llwybr cost-effeithiol i wella perfformiad heb gyfaddawdu ar fanteision ymwrthedd cyrydiad systemau sy'n seiliedig ar PTFE.
