Mae mewnosodiad tâp dirdro y tu mewn i diwb PTFE yn creu llif chwyrlïol sy'n gwella trosglwyddo gwres. Mae tyndra'r tro-a fynegir fel y gymhareb traw-yn rheoli dwyster y chwyrliadau hwn yn uniongyrchol a'r cyfnewid perfformiad dilynol-i ffwrdd.
Deall Cymhareb Traw mewn Mewnosod Tâp Troellog
Diffinnir cymhareb traw fel cymhareb yr hyd sydd ei angen ar gyfer un troelliad 360 gradd llawn (hyd y traw) i led y tâp. Er enghraifft, mae gan dâp sy'n troi'n gyfan gwbl unwaith dros bellter sy'n hafal i'w led ei hun gymhareb traw o 1. Mae gan dâp sy'n troi'n llawn dros bellter bum gwaith ei led gymhareb traw o 5. Mae cymhareb traw isel yn golygu tro ymosodol, tynn iawn; mae cymhareb traw uchel yn dynodi tro mwy rhydd a mwynach.
Yn ymarferol, mae mewnosodiadau tâp dirdro ar gyfer tiwbiau PTFE yn cael eu gwneud o PTFE neu PFA (alcan perfflworoalkoxy) i gynnal cydnawsedd cemegol cyflawn â hylifau prosesau cyrydol iawn. Mae hyn yn sicrhau na chyflwynir unrhyw halogiad metelaidd na materion cyrydiad galfanig, hyd yn oed wrth drin asidau ymosodol, toddyddion, neu gyfryngau hynod-pur.
Sut Mae Cymhareb Traw yn Dylanwadu ar Drosglwyddiad Troi a Gwres
Pan fydd hylif yn llifo trwy diwb sy'n cynnwys tâp dirdro, mae'r tâp yn gorfodi'r hylif i ddilyn llwybr helical. Mae grymoedd allgyrchol a gynhyrchir gan y chwyrliad hwn yn gwthio'r hylif dwysach tuag at wal y tiwb, gan deneuo'r haen ffin thermol i bob pwrpas. Mae haen ffin deneuach yn arwain at gyfernod trosglwyddo gwres darfudol uwch, wedi'i fynegi fel nifer cynyddol Nusselt.
Mae'r gymhareb traw yn pennu cryfder y troelliad hwn yn uniongyrchol. Mae tro tynnach (cymhareb traw is, ee, 2) yn cynhyrchu cydran cyflymder tangiadol llawer cryfach. O ganlyniad, gall y cynnydd trosglwyddo gwres{5}}a fesurir yn aml fel cymhareb rhif Nusselt gyda'r mewnosodiad i tiwb plaen- gyrraedd 150% neu fwy. Fodd bynnag, mae'r chwyrlïo dwys hwn hefyd yn creu ffrithiant hylif sylweddol uwch, gan arwain at gynnydd sylweddol mewn gostyngiad pwysau, yn nodweddiadol yn yr ystod o 200-600% o'i gymharu â thiwb gwag.
I'r gwrthwyneb, mae tro mwy rhydd (cymhareb traw uwch, ee, 5 neu 6) yn cynhyrchu chwyrliadau mwynach. Mae'r gwelliant trosglwyddo gwres yn fwy cymedrol-yn aml 50-80% yn uwch na'r gwerth tiwb plaen{8}}ond mae'r gosb am ostyngiad pwysau yn gyfatebol is, yn aml dim ond 100-200% yn uwch.
Mae'r berthynas rhwng ycymhareb traw tâp dirdro PTFE trosglwyddo gwresmae perfformiad yn aflinol. Mae tynhau'r tro o gymhareb traw o 6 i lawr i 2 yn arwain at gynnydd anghymesur o fawr mewn trosglwyddiad gwres a ffrithiant. Felly, nid yw'r gymhareb traw optimaidd byth yn rhif sefydlog; mae'n dibynnu'n llwyr ar y pŵer pwmpio a ganiateir a'r ddyletswydd thermol ofynnol.
Argymhellion Dylunio Ymarferol ar gyfer Tiwbiau PTFE
Dewis dylunio cyffredin yw dewis cymhareb traw rhwng 3 a 5 ar gyfer tiwbiau PTFE pan nad yw gostyngiad pwysau yn ffactor sy'n cyfyngu'n ddifrifol. Mae'r ystod hon yn darparu gwelliant cytbwys: gwelliant cyfernod trosglwyddo gwres o tua 80-120% gyda chynnydd mewn pwysedd o 200-350%. Yn gyffredinol, gellir rheoli'r gwerthoedd hyn yn y rhan fwyaf o gymwysiadau prosesau cemegol, yn enwedig lle mae hyd y tiwb yn gymedrol (ee, cyfnewidwyr gwres cregyn-a-thiwb neu coil trochi).
Mae'n werth nodi bod gan diwbiau PTFE eu hunain ddargludedd thermol cymharol isel (tua 0.25 W/m·K). Mae'r gwrthiant thermol amlycaf yn aml ar wal y tiwb neu'r ffilm hylif fewnol. Trwy ddefnyddio mewnosodiad tâp dirdro gyda chymhareb traw priodol, gellir lleihau'r gwrthiant ffilm fewnol yn sylweddol, gan symud y gwrthiant rheoli i ochr arall y cyfnewidydd gwres. Mae hyn yn gwneud y dyluniad cyffredinol yn fwy cytbwys a chost-effeithiol.
Ar gyfer cymwysiadau lle mae gostyngiad pwysau wedi'i gyfyngu'n fawr-fel systemau sy'n cael eu bwydo gan ddisgyrchiant neu wresogi nwy pwysedd isel-gellir pennu cymhareb traw uchel o 6 i 8. Mae'r chwyrliadau canlyniadol yn dal i fod yn ddigon i atal llif laminaidd a gwella cymysgu rheiddiol, ac eto mae'r gosb ffrithiant yn parhau i fod o fewn terfynau derbyniol.
Ar y llaw arall, pan fo angen trosglwyddo gwres uchaf waeth beth fo'r gostyngiad pwysau (ee, mewn gwresogi gludedd uchel, neu lle mae costau pwmpio yn ddibwys), gellir mabwysiadu cymhareb traw o 2 i 3. Mewn achosion o'r fath, gellir gwella'r cyfernod trosglwyddo gwres hyd at 150%, ond rhaid i'r dylunydd sicrhau bod y pwmp neu'r chwythwr yn gallu cyflenwi'r pen pwysau ychwanegol.
Ystyriaethau Peirianyddol Ychwanegol
Mae mewnosodiadau tâp dirdro mewn tiwbiau PTFE hefyd yn byrhau hyd y fynedfa thermol, gan ganiatáu ymddygiad cythryblus datblygedig hyd yn oed ar niferoedd Reynolds isel (Re < 2000). Mae hyn yn arbennig o werthfawr mewn llifau gludiog neu diwbiau diamedr bach lle byddai angen cyflymder llif anymarferol i gyflawni gwir gynnwrf.
Rhaid ystyried goddefiannau gweithgynhyrchu. Mae tâp wedi'i dirdro'n dynn (cymhareb traw isel) yn fwy anodd ei ffugio yn PTFE oherwydd hyblygrwydd y deunydd. Ar gyfer cymarebau traw isel iawn (o dan tua 2.5), mae PFA yn aml yn cael ei ffafrio oherwydd ei fod yn llymach ac yn cadw'r geometreg twist yn well ar dymheredd uchel.
Mae cymhareb traw hefyd yn effeithio ar lanhau a chynnal a chadw. Gall tapiau â chymarebau traw isel iawn (troi tynn) ddal gronynnau'n haws ac mae'n anoddach eu tynnu i'w glanhau. Yn gyffredinol, mae cymhareb traw o 4 neu uwch yn darparu digon o lwybr echelinol agored i falurion fynd drwyddo neu i fewnosod mochyn glanhau.
Casgliad
Cymhareb traw mewnosodiad tâp dirdro yw'r prif lifer dylunio i diwnio'r cyfnewid gwres yn erbyn gostyngiad pwysau mewn tiwbiau PTFE. Mae cymarebau traw is (troi tynnach) yn sicrhau chwyrliadau cryf a throsglwyddiad gwres uchel ar gost colledion ffrithiant sylweddol uwch. Mae cymarebau traw uwch (troelli mwy rhydd) yn darparu gwelliant mwynach, mwy ynni-effeithlon. Ar gyfer y rhan fwyaf o gymwysiadau trin hylif cyrydol, mae cymhareb traw rhwng 3 a 5 yn cynnig y cydbwysedd gorau posibl. Mae optimeiddio geometreg mewnosod-gan gynnwys cymhareb traw-yn parhau i fod yn agwedd allweddol ar wella perfformiad cyfnewidydd gwres heb aberthu cydnawsedd cemegol neu gyfanrwydd deunydd.
