Standartinė susukta juosta PTFE vamzdžio viduje sukuria vieną nuolatinį sūkurį. Naujas dizainas perkelia šią koncepciją toliau: jis periodiškai keičia sukimosi kryptį, priversdamas besisukantį skystį atsitrenkti į sieną, nukristi ir tada pradėti suktis priešinga kryptimi. Šis pakartotinis trikdymas sukelia agresyvų re{2}}maišymą ir žymiai pagerina konvekcinio šilumos perdavimo efektyvumą, palyginti su įprastais įdėklais.
AtsirandantisDviejų krypčių susuktos juostos įdėklas PTFE vamzdiskoncepcija yra kitas pasyvaus terminio pagerinimo žingsnis, ypač tais atvejais, kai cheminis suderinamumas ir modifikavimo paprastumas yra labai svarbūs.
Nuo nuolatinio sūkurio iki kintamo sūkurio apvertimo
Tradiciniai susukti juostos įdėklai sukuria pastovų spiralinį srautą vamzdžio viduje. Šis sūkurys sumažina šiluminio ribinio sluoksnio storį ir pagerina šilumos perdavimą, nes šiltesnis skystis yra toliau nuo sienos ir pakeičiamas vėsesniu šerdies skysčiu.
Tačiau šis poveikis yra gana stabilus ir nuspėjamas. Visiškai išsivystęs sūkurys pasiekia beveik-nuolatinę struktūrą, kuri riboja tolesnį maišymo tobulinimą.
Dviejų krypčių susuktos juostos pakeičia šį elgesį, įvesdamos kintamus segmentus, sukančius pagal laikrodžio rodyklę ir prieš-prieš laikrodžio rodyklę. Kiekviename perėjimo taške srautas yra priverstas staigiai pakeisti kampinio momento kryptį.
Sūkurio apsisukimo srauto fizika
Staigus kampinio momento sutrikimas
Kiekvieną kartą keičiant pagal laikrodžio rodyklę į prieš{0}}pasukimą pagal laikrodžio rodyklę, sūkurinis srautas staiga sulėtėja ir priverstas persitvarkyti. Skystis negali sklandžiai pereiti tarp priešingų sukimosi krypčių, todėl susidaro intensyvi vietinė turbulencija.
Skystis yra priverstas atlikti gimnastikos rutiną vamzdelio viduje, nuolat greitindamas, lėtėdamas ir perorientuodamas savo vidinę judesio struktūrą.
Šis mechanizmas sukuria:
Stiprios sūkurio skilimo zonos
Vietinis šlyties sluoksnio nestabilumas
Greitas ribinio sluoksnio suardymas
Pakartotinis šerdies ir arti{0}}sienelės skysčio maišymas
Ribinio sluoksnio reformavimo ciklas
Pagrindinis tobulinimo mechanizmas yra periodiškas terminio ribinio sluoksnio sunaikinimas ir pertvarkymas. Vietoj to, kad ant vamzdžio sienelės susidarytų stabilus izoliacinis sluoksnis, kiekvienas posūkis šveičia ir iš naujo nustato srauto būklę.
Dėl šio pakartotinio ribinio sluoksnio regeneravimo gaunami žymiai didesni vidutiniai šilumos perdavimo koeficientai, palyginti su viena -krypčiai susuktų juostų konstrukcija.
Šiluminės{0}}hidraulinės sistemos pranašumai
Patobulintas šilumos perdavimas esant vidutinio slėgio kritimui
TheDviejų krypčių susuktos juostos įdėklas PTFE vamzdiskonfigūracija paprastai sukelia didesnį slėgio kritimą nei lygus vamzdis dėl nuolatinio srauto kliūčių ir krypties pokyčių. Tačiau šilumos perdavimo padidėjimas yra neproporcingai didesnis nei siurbimo galios padidėjimas.
Dėl to pagerėja bendras šiluminis{0}}hidraulinis veikimas, dažnai išreiškiamas šilumos perdavimu slėgio kritimo arba siurbimo energijos vienetui.
Daugelyje programų šis kompromisas{0}}palankus, nes:
Šilumos perdavimo apribojimai dominuoja sistemos veikime
Siurbimo pajėgumai jau yra esamose sistemose
Šiluminės kliūtys riboja proceso pralaidumą
Veikimas pereinamojo laikotarpio režimais
Dviejų krypčių susuktos juostos yra ypač veiksmingos pereinamajame Reinoldso skaičių diapazone, kur srautas nėra nei visiškai laminarinis, nei visiškai turbulentinis.
Šiame režime:
Natūralus maišymas yra silpnas
Ribiniai sluoksniai išlieka iš dalies stabilūs
Standartinės susuktos juostos gali nevisiškai destabilizuoti srautą
Kintamoji sūkurio struktūra sukelia pakankamai trikdžių, kad būtų priversti pakartotinai pereiti prie vietinės turbulencijos, pagerinant veikimą ten, kur įprastiniai dizainai yra mažiau veiksmingi.
Projektavimo parametrai ir optimizavimas
Sukimo žingsnis ir segmento ilgis
Veikimą lemia du pagrindiniai geometriniai parametrai:
Sukimo žingsnis (sukimosi laipsnis vienam ilgio vienetui)
Kiekvienos krypties segmento ilgis
Trumpesni segmentai padidina sūkurių apsisukimo dažnį, suintensyvina maišymą, bet taip pat padidina slėgio kritimą. Ilgesni segmentai sumažina slėgio praradimą, bet susilpnina pakartotinio{1}}maišymo efektą.
Todėl optimizuojant reikia subalansuoti:
Šilumos stiprinimo reikalavimai
Siurbimo galios apribojimai
Vamzdžių medžiagų apribojimai
Užteršimo jautrumas
Medžiagų suderinamumas su PTFE vamzdeliais
PTFE susuktos juostos įdėklai dėl savo inertiškumo dažnai naudojami chemiškai agresyvioje aplinkoje. Dėl suderinamumo su rūgštimis, chloridais ir oksiduojančiomis terpėmis jie yra tinkami modifikuoti:
Cheminio apdorojimo šilumokaičiai
Galvanizacijos temperatūros reguliavimo sistemos
Specialios skysčių šildymo kilpos
Kadangi ir vamzdelis, ir įdėklas gali būti fluoropolimero{0}}pagrindo, cheminės sąveikos rizika yra sumažinta iki minimumo.
Esamų šilumokaičių modernizavimo galimybės
Vienas iš svarbiausių dvikrypčių susuktų juostų technologijos privalumų yra jos tinkamumas modifikuoti. Esami PTFE vamzdžių šilumokaičiai dažnai gali būti atnaujinami be didelių konstrukcijos pakeitimų.
Galimi pranašumai:
Padidinta šiluminė talpa nedidinant pėdsako
Patobulinta išėjimo temperatūros kontrolė
Padidintas proceso stabilumas
Sumažėjęs papildomo šilumokaičio paviršiaus ploto poreikis
Termiškai apribotose sistemose tai gali užtikrinti ekonomišką{0}}našumo atnaujinimą nekeičiant viso šilumokaičio.
Inžinerinės prekybos{0}}išlaidų suvestinė
Nors slėgio kritimas didėja, palyginti su lygiais vamzdžiais, bendras sistemos efektyvumas dažnai pagerėja dėl:
Stipresnis ir dažnesnis maišymas
Sumažinta šiluminė varža
Patobulinti sienų šilumos perdavimo koeficientai
Geresnis esamo paviršiaus ploto panaudojimas
Dėl to ši technologija ypač patraukli pramoninėse sistemose, kuriose -apribota energija arba erdvė{1}}.
Išvada
Dviejų krypčių susuktos juostos yra paprastas, bet labai veiksmingas pasyvaus šilumos perdavimo pagerinimo evoliucija. Įvedus kintamą sūkurio kryptį PTFE vamzdeliuose, srautas nuolat sutrinka, ribiniai sluoksniai nuolat atkuriami, o terminis maišymas žymiai suintensyvėja.
TheDviejų krypčių susuktos juostos įdėklas PTFE vamzdisŠis metodas parodo, kaip gana paprasti geometrijos pokyčiai gali žymiai pagerinti šilumines savybes, net ir esant nedideliam slėgio kritimui. Daugelyje sistemų šis balansas užtikrina didesnį bendrą efektyvumą, palyginti su įprastais tobulinimo metodais.
Kadangi šiluminėms sistemoms ir toliau reikia didesnio kompaktiškos įrangos našumo, ateities šilumokaičių projektavimas gali vis labiau priklausyti nuo strategijų, kurios sąmoningai destabilizuoja srauto struktūras. Kartais geriausias būdas pagerinti šilumokaitį yra surišti skystį į mazgus ir leisti valdyti chaosą.
