Как геометрията на турбулаторната вложка влияе върху топлинните характеристики на PTFE топлообменните тръби?

Вътрешното предаване на топлина в гладката PTFE тръба е лошо поради тенденцията на ламинарен поток. Но вмъкването на оформено устройство, турбулатор, в тръбата може драстично да повлияе на модела на потока, повишавайки турбулентността и коефициента на топлопреминаване. Геометрията на вложката на турбулатора е важен фактор за успеха на топлообменния процес и влияе върху топлинните характеристики, както и върху спада на налягането.

Типични форми на турбулаторни вложки
PTFE топлообменниците често използват много видове турбулаторни вложки за увеличаване на турбулентността от страната на тръбата и подобряване на предаването на топлина. Трите най-често използвани геометрии са усукани ленти, телени намотки и вдлъбнатини или гофрирани вложки.

Разкъсани ленти
Усуканите ленти са спираловидни ленти от материал, поставени вътре в тръбата, за да предизвикат завихрен поток, който задвижва течността към стените на тръбата. Тази геометрия значително нарушава ламинарния поток, което благоприятства турбулентността и увеличава коефициента на топлопреминаване. Един от най-ефективните и използвани в практиката дизайни на турбулатори за увеличаване на топлообмена в PTFE топлообменници е усуканата лента. Вихровият поток, който генерират, подобрява смесването на течността, което води до по-добро разпределение на топлината по повърхността на тръбата.

Навиване на тел
Друг често срещан подход за подобряване на турбулентността вътре в PTFE тръбите е използването на вложки, подобни на пружини-, или телени намотки. Докато течността преминава през тръбата, тези намотки спъват граничния слой. Хаотичното движение прекъсва ламинарен поток. Телените намотки карат течността да се движи по неравномерен начин, като по този начин увеличават скоростта на пренос на топлина. Интересно е да се отбележи, че телените намотки осигуряват балансиран начин за увеличаване на турбулентността, без да създават много пречки пред потока.

Вдлъбнатини или гофрирана вложка
Вдънчици или гофрирани вложки създават малки, локализирани вихри в потока на потока. Тези вихри осигуряват турбулентност в потока на флуида през повърхността на вложката, като по този начин увеличават коефициента на топлопреминаване. Вложките с вдлъбнатини са по-малко инвазивни от усуканите ленти или телените намотки, но са особено полезни в приложения, където е важно да се поддържа нисък спад на налягането. На практика често се прилагат системи с вдлъбнатини или гофрирани вложки, където се търси умерено увеличаване на топлопреминаването с минимален ефект върху изпомпваната мощност.

Търговия с ефективност-Извън пренос на топлина срещу спад на налягането
Всяка геометрия на вложката на турбулатора увеличава числото на Нуселт от -страната на тръбата, безразмерна величина, която е мярка за ефективността на преноса на топлина. Тези геометрии обаче водят до увеличаване на спада на налягането в топлообменника, което може да допринесе за увеличаване на разходите за изпомпване. Най-добрият избор на формата на вложката на турбулатора се определя от компромиса между увеличаването на топлопреминаването и допустимия спад на налягането.

Обикновено усуканите ленти осигуряват най-голямото увеличение на преноса на топлина, но също така и значително увеличение на загубата на налягане. Телените намотки осигуряват средно положение по отношение на пренос на топлина и спад на налягането и по този начин производителност и енергийна ефективност. Вдлъбнатите вложки осигуряват най-нисък спад на налягането, но осигуряват по-ниско подобрение на топлопреминаването в сравнение с другите две алтернативи.

Изборът на оптимална турбулаторна вложка ще зависи от задачата за пренос на топлина, която трябва да се изпълни, и от допустимата мощност на изпомпване в системата. В системи с висок дебит или когато потреблението на енергия е основен проблем, по-умереният дизайн на турбулаторната вложка, като телени намотки или вдлъбнатини, е идеален.

Таблица за сравнение за типове турбулатори
Ефектът на типа турбулатор върху спада на налягането при подобряване на топлообмена
Усукани ленти Висока Висока телена намотка Умерено Умерено
Вдлъбнатини Вложки Средно Ниско Заключение
Турбулаторните вложки са рентабилно и практично надграждане за подобряване на топлинните характеристики на PTFE топлообменните тръби. Тези вложки увеличават скоростта на пренос на топлина чрез увеличаване на турбулентността от страната-на тръбата. Това е особено полезно за материал с ниска топлопроводимост като PTFE. Геометрията на вложката на турбулатора трябва да бъде внимателно избрана, за да се постигне желаното подобрение в преноса на топлина, като същевременно се поддържа спадът на налягането в приемлив диапазон. Подобряването на топлообмена продължава да бъде важна област на иновации за термична обработка. Разработването на нови дизайни и материали на турбулатори вероятно ще доведе до още по-високи печалби в производителността.