Hình học chèn của Turbulator ảnh hưởng đến hiệu suất nhiệt của ống trao đổi nhiệt PTFE như thế nào?

Khả năng truyền nhiệt bên trong của ống PTFE trơn kém do xu hướng dòng chảy tầng. Nhưng việc đặt một thiết bị có hình dạng, một máy tạo dòng rối, vào trong ống có thể ảnh hưởng mạnh mẽ đến mô hình dòng chảy, làm tăng dòng chảy rối và hệ số truyền nhiệt. Hình dạng của bộ phận chèn bộ tạo rối là một yếu tố quan trọng tạo nên sự thành công của quá trình trao đổi nhiệt và ảnh hưởng đến hiệu suất nhiệt cũng như độ giảm áp suất.

Các dạng chèn tuabin điển hình
Bộ trao đổi nhiệt PTFE thường sử dụng nhiều loại bộ phận tạo rối để tăng độ nhiễu loạn ở phía ống và tăng cường truyền nhiệt. Ba dạng hình học phổ biến nhất được sử dụng là băng xoắn, cuộn dây và các tấm lót dạng lõm hoặc dạng sóng.

Băng bị xé toạc
Băng xoắn là các dải vật liệu xoắn ốc được đặt bên trong ống để tạo ra dòng xoáy đẩy chất lỏng về phía thành ống. Hình học này phá vỡ đáng kể dòng chảy tầng tạo điều kiện cho sự hỗn loạn và tăng hệ số truyền nhiệt. Một trong những thiết kế bộ tạo rối hiệu quả và được sử dụng nhiều nhất trong thực tế để tăng khả năng truyền nhiệt trong bộ trao đổi nhiệt PTFE là băng xoắn. Dòng xoáy mà chúng tạo ra giúp tăng cường sự pha trộn của chất lỏng, dẫn đến sự phân bổ nhiệt lớn hơn trên bề mặt ống.

cuộn dây
Một cách tiếp cận thường xuyên khác để tăng cường sự nhiễu loạn bên trong ống PTFE là sử dụng các miếng đệm giống như lò xo hoặc cuộn dây. Khi chất lỏng đi qua ống, các cuộn dây này sẽ di chuyển đến lớp biên. Chuyển động hỗn loạn làm gián đoạn dòng chảy tầng. Các cuộn dây làm cho chất lỏng chuyển động không đều do đó làm tăng tốc độ truyền nhiệt. Thật thú vị khi lưu ý rằng các cuộn dây cung cấp một cách cân bằng để tăng nhiễu loạn mà không tạo ra nhiều cản trở cho dòng chảy.

Tấm lót có vết lõm hoặc gợn sóng
Các phần chèn lõm hoặc lượn sóng tạo ra các xoáy nhỏ cục bộ trong dòng chảy. Những xoáy này tạo ra sự hỗn loạn trong dòng chất lỏng qua bề mặt hạt dao, do đó làm tăng hệ số truyền nhiệt. Các vật chèn có vết lõm ít xâm lấn hơn so với băng xoắn hoặc cuộn dây nhưng đặc biệt có lợi trong các ứng dụng mà điều quan trọng là phải duy trì mức giảm áp suất thấp. Trong thực tế, các hệ thống có các phần đệm lõm hoặc lượn sóng thường được áp dụng khi cần tăng cường truyền nhiệt vừa phải với ảnh hưởng tối thiểu đến công suất bơm.

Đánh đổi hiệu suất-Tắt truyền nhiệt và giảm áp suất
Mỗi hình học chèn của bộ tạo rối sẽ làm tăng số Nusselt-bên ống, một đại lượng không thứ nguyên dùng để đo hiệu suất truyền nhiệt. Tuy nhiên, những hình dạng này dẫn đến sự gia tăng độ sụt áp trên bộ trao đổi nhiệt, điều này có thể góp phần làm tăng chi phí bơm. Sự lựa chọn tốt nhất về hình dạng bộ phận chèn của bộ tạo rối được xác định bằng sự cân bằng giữa mức tăng truyền nhiệt và mức giảm áp suất cho phép.

Nhìn chung, băng xoắn mang lại mức tăng truyền nhiệt lớn nhất nhưng cũng làm tăng đáng kể tổn thất áp suất. Cuộn dây cung cấp nền tảng trung gian về truyền nhiệt và giảm áp suất, do đó mang lại hiệu suất và hiệu quả năng lượng. Miếng đệm lõm mang lại mức giảm áp suất thấp nhất nhưng mang lại mức cải thiện truyền nhiệt thấp hơn so với hai lựa chọn thay thế còn lại.

Việc lựa chọn bộ phận chèn bộ tạo rối tối ưu sẽ phụ thuộc vào nhiệm vụ truyền nhiệt được thực hiện và công suất bơm cho phép trong hệ thống. Trong các hệ thống có tốc độ dòng chảy cao hoặc khi mức tiêu thụ năng lượng là vấn đề chính thì thiết kế chèn bộ tạo rối vừa phải hơn như cuộn dây hoặc vết lõm là lý tưởng.

Bảng so sánh các loại máy tạo rối
Ảnh hưởng của loại máy khuấy đến sự giảm áp suất trong việc tăng cường truyền nhiệt
Băng xoắn Cao Cao Dây cuộn Trung bình Trung bình
Chèn lõm Trung bình Thấp Kết luận
Bộ chèn tuabin là một nâng cấp thiết thực và hiệu quả về mặt chi phí để cải thiện hiệu suất nhiệt của ống trao đổi nhiệt PTFE. Những phần chèn này làm tăng tốc độ truyền nhiệt bằng cách tăng nhiễu loạn ở phía ống-. Điều này đặc biệt hữu ích đối với vật liệu có độ dẫn nhiệt thấp như PTFE. Hình học của bộ phận tạo rối phải được lựa chọn cẩn thận để đạt được mức tăng cường truyền nhiệt mong muốn trong khi vẫn giữ mức giảm áp suất ở phạm vi có thể chấp nhận được. Tăng cường truyền nhiệt tiếp tục là một lĩnh vực đổi mới quan trọng trong xử lý nhiệt. Sự phát triển của các thiết kế và vật liệu máy tạo rối mới có khả năng mang lại hiệu suất cao hơn nữa.