Bagaimanakah Nisbah Pitch bagi Sisipan Pita Berpintal Mempengaruhi Pemindahan Haba dalam Tiub PTFE?

Pita berpintal yang diletakkan di dalam tiub PTFE menghasilkan aliran berputar yang meningkatkan penghantaran haba. Tahap putaran ini dan pertukaran prestasi yang terhasil dikawal secara langsung oleh nisbah nada putaran - diwakili sebagai ketat putaran.

Apakah Nisbah Pitch dalam Sisipan Pita Berpintal?
Nisbah pic ialah nisbah panjang yang diperlukan untuk membuat satu pusingan penuh 360 darjah (panjang pic) kepada lebar pita. Sebagai contoh, pita yang membuat satu pusingan lengkap dalam jarak yang sama dengan lebarnya sendiri mempunyai nisbah pic 1. Jika pita berputar sepenuhnya merentasi panjang lima kali lebarnya, nisbah pic ialah 5. Nisbah pic rendah=sangat ketat, pusingan ganas . Nisbah nada tinggi=lebih longgar, lilitan lebih lembut .

Pada hakikatnya, sisipan pita berpintal untuk tiub PTFE dibina daripada PTFE atau PFA (alkana perfluoroalkoksi) untuk memastikan keserasian kimia penuh dengan cecair proses yang sangat menghakis. Ini menjamin tiada pencemaran logam atau masalah kakisan galvanik walaupun dengan asid kuat, pelarut atau media ultra-tulen.

Kesan Nisbah Pitch pada Pusaran dan Pemindahan Haba
Apabila bendalir melalui tiub yang mengandungi pita berpintal, pita itu menolak aliran untuk mengikuti corak heliks. Pusaran ini menjana daya emparan yang memacu bendalir yang lebih berat ke arah dinding tiub, oleh itu berkesan menipis lapisan sempadan terma. Ini sepadan dengan pekali pemindahan haba perolakan yang lebih besar atau nombor Nusselt yang lebih tinggi.

Nisbah pic bertanggungjawab secara langsung untuk kekuatan pusaran. Komponen halaju tangen yang lebih kuat disebabkan oleh pusingan yang lebih ketat (nisbah nada rendah cth. 2). Oleh itu, peningkatan pemindahan haba biasanya dilambangkan sebagai nisbah nombor Nusselt dengan sisipan dengan tiub biasa boleh sehingga 150% atau lebih . Walau bagaimanapun, putaran pantas ini juga membawa kepada geseran bendalir yang jauh lebih tinggi, yang membawa kepada peningkatan penurunan tekanan yang besar, selalunya dalam julat 200-600% berbanding dengan tiub kosong.

Sebaliknya, pusingan yang lebih longgar (nisbah nada yang lebih tinggi, cth. 5 atau 6) akan memberikan putaran yang lebih lembut. Peningkatan pemindahan haba agak sederhana-biasanya 50-80% berbanding nilai tiub biasa-tetapi penalti penurunan tekanan secara berkadar kurang, selalunya hanya 100-200% lebih tinggi.

Nisbah pic pita terpintal dan prestasi pemindahan haba PTFE adalah tidak-berkaitan secara linear. Pengurangan nisbah pic daripada 6 kepada 2 menghasilkan peningkatan ketara yang tidak seimbang bagi kedua-dua pemindahan haba dan geseran. Oleh itu nisbah nada optimum bukanlah angka yang ditetapkan tetapi bergantung sepenuhnya pada kuasa pengepaman yang dibenarkan dan tugas terma yang dikehendaki.

Cadangan Reka Bentuk Praktikal untuk Tiub PTFE
Dalam kes tiub PTFE, nisbah nada 3 hingga 5 sering dipilih jika penurunan tekanan bukan faktor pengehad. Julat ini mewakili kompromi yang baik: peningkatan pekali pemindahan haba kira-kira 80-120% dengan peningkatan penurunan tekanan sebanyak 200-350%. Secara amnya nilai ini boleh diterima dalam kebanyakan aplikasi proses kimia, terutamanya apabila panjang tiub adalah sederhana (cth penukar haba shell dan tiub atau gegelung rendaman).

Perlu diingat bahawa tiub PTFE sendiri mempunyai kekonduksian terma yang agak rendah (ca. 0.25 W/mK). Secara amnya, rintangan haba utama adalah di dinding tiub atau filem bendalir dalam. Penggunaan sisipan pita berpintal dengan nisbah pic yang mencukupi boleh mengurangkan rintangan filem dalaman dengan ketara, dan oleh itu menggerakkan rintangan mengawal ke bahagian lain penukar haba. Ini menjadikan reka bentuk penuh lebih seimbang dan menjimatkan kos.

Nisbah nada tinggi 6 hingga 8 boleh dipilih untuk aplikasi di mana penurunan tekanan sangat terhad seperti graviti-sistem suapan atau pemanas gas-rendah. Ini memberikan pusingan yang mencukupi untuk menyekat aliran lamina dan meningkatkan percampuran jejari, tetapi penalti geseran masih boleh diterima.

Sebagai alternatif, nisbah pic 2 hingga 3 boleh dipilih jika pemindahan haba maksimum diperlukan tanpa mengira kehilangan tekanan (cth dalam pemanasan kelikatan tinggi, atau di mana kos pengepaman boleh diabaikan). Dalam keadaan sedemikian, pekali pemindahan haba boleh ditingkatkan sebanyak 150%. Pereka bentuk mesti memastikan pam atau peniup boleh menyediakan kepala tekanan yang lebih tinggi.

Pertimbangan Kejuruteraan Selanjutnya
Panjang pintu masuk terma dikurangkan lagi dengan sisipan pita berpintal dalam tiub PTFE , menghasilkan gelagat seperti gelora yang dibangunkan sepenuhnya-walaupun pada nombor Reynolds rendah (Re < 2000). Ini amat berguna dalam aliran lembap atau dalam tiub diameter kecil di mana pergolakan tulen memerlukan halaju aliran yang tidak praktikal.

Anda perlu mempertimbangkan toleransi pembuatan. Bahan PTFE adalah lebih fleksibel, yang menjadikannya lebih sukar untuk membuat pita berpintal ketat (nisbah nada rendah). Untuk nisbah pic yang sangat rendah (di bawah kira-kira 2.5) PFA biasanya digemari kerana kekukuhannya yang lebih tinggi dan pengekalan bentuk pintal yang lebih baik pada suhu yang semakin meningkat.

Nisbah nada juga memberi kesan kepada pembersihan dan penyelenggaraan. Pita dengan nisbah pic yang sangat rendah (putaran ketat) cenderung untuk mengumpul zarah dengan lebih mudah dan lebih sukar untuk dialih keluar untuk pembersihan. Untuk sebahagian besar, nisbah pic 4 atau lebih besar memberikan laluan paksi terbuka yang mencukupi untuk sisa buangan atau untuk babi pembersih dimasukkan.

Ringkasan
Nisbah pic bagi sisipan pita berpintal ialah tuil reka bentuk utama untuk mengawal penghantaran haba terhadap pertukaran penurunan tekanan-dalam tiub PTFE. Pusaran yang kuat dan peningkatan pemindahan haba yang tinggi-diperolehi dengan nisbah pic yang lebih rendah (putaran yang lebih ketat) pada harga peningkatan yang besar dalam kehilangan geseran. Nisbah nada yang lebih tinggi (putaran yang lebih longgar) menghasilkan rangsangan-tenaga yang lebih lembut dan lebih cekap. Nisbah pic antara 3 dan 5 memberikan keseimbangan yang sangat baik untuk kebanyakan aplikasi pengendalian cecair yang menghakis. Pengoptimuman bentuk sisipan termasuk nisbah pic masih merupakan faktor penting dalam meningkatkan prestasi penukar haba tanpa menjejaskan keserasian kimia atau integriti bahan.