Како геометрија уметка турбулатора утиче на термичке перформансе ПТФЕ цеви размењивача топлоте?

Унутрашњи пренос топлоте у глаткој ПТФЕ цеви је лош због тенденције ламинарног тока. Али уметање обликованог уређаја, турбулатора, у цев може драстично да утиче на образац протока, повећавајући турбуленцију и коефицијент преноса топлоте. Геометрија уметка турбулатора је важан фактор у успеху процеса размене топлоте и утиче на топлотне перформансе као и на пад притиска.

Типични облици уметака турбулатора
ПТФЕ размењивачи топлоте често користе многе типове турбулатора за повећање турбуленције на страни цеви и побољшање преноса топлоте. Три најчешће коришћене геометрије су уплетене траке, намотаји жице и уметци са удубљењем или валовитим слојем.

Траке поцепане
Уврнуте траке су спиралне траке материјала постављене унутар цеви да изазову вртложни ток који покреће течност према зидовима цеви. Ова геометрија значајно разбија ламинарни ток који погодује турбуленцији и повећава коефицијент преноса топлоте. Један од најефикаснијих и најефикаснијих дизајна турбулатора у пракси за повећање преноса топлоте у ПТФЕ измењивачима топлоте је упредена трака. Вртложни ток који стварају побољшава мешање течности, што доводи до веће дистрибуције топлоте преко површине цеви.

Вире Цоилинг
Још један чест приступ за повећање турбуленције унутар ПТФЕ цеви је коришћење уметака{0}}попут опруга или жичаних намотаја. Док течност пролази кроз цев, ови калемови окидају гранични слој. Хаотично кретање прекида ламинарни ток. Жичани намотаји чине да се течност креће на неправилан начин, чиме се повећава брзина преноса топлоте. Занимљиво је приметити да жичани намотаји дају уравнотежен начин повећања турбуленције без стварања великих препрека струјању.

Уметак са удубљењем или валовитим слојем
Умеци са удубљењем или валовитим слојем стварају мале, локализоване вртлоге у струји протока. Ови вртлози обезбеђују турбуленцију у протоку флуида преко површине уметка, чиме се повећава коефицијент преноса топлоте. Уметци са удубљењем су мање инвазивни од уплетених трака или намотаја жице, али су посебно корисни у апликацијама где је важно одржавати низак пад притиска. У пракси се често примењују системи са удубљеним или валовитим уметцима где се тражи умерено повећање преноса топлоте са минималним утицајем на снагу пумпе.

Промена учинка-Пренос топлоте искључен у односу на пад притиска
Свака геометрија уметка турбулатора повећава Нуселтов број-бочне стране цеви, бездимензионалну количину која је мера перформанси преноса топлоте. Међутим, ове геометрије доводе до повећања пада притиска у измењивачу топлоте што може допринети повећању трошкова пумпања. Најбољи избор облика уметка турбулатора одређен је компромисом између повећања преноса топлоте и дозвољеног пада притиска.

Генерално уврнуте траке обезбеђују највеће повећање преноса топлоте, али и значајно повећање губитка притиска. Жичани намотаји пружају средину у погледу преноса топлоте и пада притиска, а тиме и перформанси и енергетске ефикасности. Уметци са удубљењем обезбеђују најмањи пад притиска, али обезбеђују ниже побољшање преноса топлоте у поређењу са друге две алтернативе.

Избор оптималног уметка турбулатора зависиће од задатка преноса топлоте који треба да се изврши и од дозвољене снаге пумпања у систему. У системима са високим протоком или када је потрошња енергије примарни проблем, умеренији дизајн уметка турбулатора као што су намотаји жице или удубљења су идеални.

Табела поређења за типове турбулатора
Утицај типа турбулатора на пад притиска у побољшању преноса топлоте
Уврнуте траке Високе Високе намотаје жице Умерено Умерено
Умеци са удубљењем Средње Низак Закључак
Уметци турбулатора су исплатива и практична надоградња за побољшање термичких перформанси ПТФЕ цеви размењивача топлоте. Ови уметци повећавају брзину преноса топлоте повећавајући турбуленцију на-страни цеви. Ово је посебно корисно за материјале са ниском топлотном проводљивошћу као што је ПТФЕ. Геометрија уметка турбулатора мора бити пажљиво одабрана да би се постигло жељено побољшање у преносу топлоте, уз одржавање пада притиска у прихватљивом опсегу. Побољшање преноса топлоте и даље је важна област иновација за термичку обраду. Развој нових дизајна и материјала турбулатора ће вероватно донети још веће перформансе.