ट्विस्टेड टेप टर्ब्युलेटर्स के प्रदर्शन पर ऑफ{0}}सेंटर इंसर्ट प्लेसमेंट का क्या प्रभाव है?

एक पारंपरिक मुड़ा हुआ टेप ट्यूब के केंद्र में रखा गया है। लेकिन केंद्र से बाहर प्लेसमेंट के परिणामस्वरूप मजबूत माध्यमिक परिसंचरण के साथ एक असममित प्रवाह क्षेत्र होता है, जिससे संभवतः समान प्रविष्टि के लिए उच्च गर्मी हस्तांतरण लाभ होता है। यह मामूली ज्यामितीय संशोधन - आमतौर पर पारंपरिक हीट एक्सचेंजर डिजाइन में छूट जाता है - टेप के मोड़ अनुपात या पदार्थ को संशोधित किए बिना अधिक थर्मल प्रदर्शन प्रदान कर सकता है। संक्षारक या नाजुक तरल पदार्थों को संसाधित करने वाले पीटीएफई हीट एक्सचेंजर्स के लिए, जहां सक्रिय तरीकों की तुलना में निष्क्रिय वृद्धि को प्राथमिकता दी जाती है, ऑफ-सेंटर इंस्टॉलेशन कम लागत, कोई रखरखाव अपग्रेड प्रदान नहीं करता है।

एक ऑफ{0}}सेंटर टेप का असममित प्रवाह क्षेत्र
यदि मुड़ा हुआ टेप टर्ब्युलेटर सीधे ट्यूब के केंद्र अक्ष पर है, तो प्रवाह दो सममित पेचदार चैनलों में विभाजित हो जाता है। गति एक समान घूमती हुई प्रकार की है और वेग प्रोफ़ाइल रेडियल रूप से सममित है। यह एक ज्ञात और व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला सेटअप है।

टेप को केंद्र से हटाने से ज्यामिति मौलिक रूप से प्रभावित होती है। ट्यूब क्रॉस-सेक्शन को अब अलग-अलग आकार के दो प्रवाह चैनलों में विभाजित किया गया है, टेप के एक तरफ एक बड़ा गैप और दूसरी तरफ एक छोटा गैप। चूंकि क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र बड़ा है, इस चैनल के माध्यम से बहने वाला द्रव कम वेग से चलेगा (किसी दिए गए वॉल्यूमेट्रिक प्रवाह दर के लिए)। इसके विपरीत, छोटे चैनल में द्रव की गति तेज हो जाती है। वेग में अंतर और टेप के पेचदार मोड़ से शक्तिशाली माध्यमिक परिसंचरण - क्रॉस सेक्शनल भंवर उत्पन्न होते हैं जो एक केंद्रित सेटअप में मौजूद नहीं होते हैं।

परिणाम एक मजबूत मिश्रण पैटर्न है। केंद्र से बाहर मुड़ा हुआ टेप प्रमुख भंवर (टेप अक्ष के चारों ओर) और प्रवाह दिशा के लंबवत समतल पर घूमते हुए द्वितीयक भंवर उत्पन्न करता है। यह अतिरिक्त मिश्रण केंद्रीय स्थिति की तुलना में थर्मल सीमा परत को परेशान करने में अधिक सफल है, खासकर ट्यूब की दीवार के आसपास जहां सबसे छोटा अंतर मौजूद है।

परिमाणित प्रदर्शन सुधार
प्रायोगिक जांच ने सीधे ऑफ सेंटर ट्विस्टेड टेप PTFE हीट ट्रांसफर प्रदर्शन की तुलना समान प्रवाह सेटिंग्स (सामान्य अध्ययनों में Re {{0%) के तहत केंद्रित टेप टोपोलॉजी के साथ की है। प्रमुख खोजों में शामिल हैं:

नुसेल्ट संख्या वृद्धि: समान मोड़ अनुपात और रेनॉल्ड्स संख्या के लिए केंद्र टेप के सापेक्ष ऑफ-सेंटर पोजिशनिंग के लिए ट्यूब साइड नुसेल्ट संख्या अतिरिक्त 10 - 20% बढ़ जाती है।

दबाव ड्रॉप व्यवहार: केंद्र से बाहर के स्थान से घर्षण कारक की वृद्धि समान या कुछ हद तक अधिक है (केंद्रीय टेप मान से अधिकतम 5-10% ऊपर)। गर्मी हस्तांतरण लाभ के अनुपात में दबाव जुर्माना नहीं बढ़ाया जाता है, और इसलिए थर्मल - हाइड्रोलिक प्रदर्शन सूचकांक (एनयू/एफ) बढ़ जाता है।

तंत्र दृढ़ता: मोड़ अनुपात (y=2-6) और ट्यूब व्यास की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए वृद्धि देखी जाती है, हालांकि मात्रा ज्यामिति पर निर्भर करती है।

ये लाभ मामूली से बहुत दूर हैं। पीटीएफई हीट एक्सचेंजर के लिए, जहां ट्यूब साइड फिल्म गुणांक आम तौर पर कुल प्रदर्शन के लिए सीमित कारक होता है, नुसेल्ट संख्या में अतिरिक्त 15% आवश्यक गर्मी हस्तांतरण क्षेत्र में महत्वपूर्ण कमी या थ्रूपुट में वृद्धि में तब्दील हो सकता है।

ऑफसेट दूरी और ट्यूब त्रिज्या प्रभाव
गर्मी हस्तांतरण वृद्धि की सीमा केंद्र से टेप विस्थापन पर काफी हद तक निर्भर है। इष्टतम ऑफसेट दूरी अक्सर ट्यूब त्रिज्या का 20-30% होती है (यानी $\\डेल्टा/आर \\लगभग 0.2-0.3$, जहां $\\डेल्टा$ ट्यूब केंद्र से टेप अक्ष तक की दूरी है)। इस सीमा में, द्वितीयक परिसंचरण अतिरिक्त मिश्रण देने के लिए पर्याप्त मजबूत है लेकिन इतना शक्तिशाली नहीं है कि टेप ट्यूब की दीवार के संपर्क में आए या गंभीर प्रवाह ठहराव उत्पन्न करे।

"त्रिज्या के 10% से कम ऑफसेट केंद्रित स्थिति से बहुत भिन्न नहीं होते हैं - प्रवाह में विषमता बड़े माध्यमिक भंवर उत्पन्न करने के लिए बहुत कमजोर है। त्रिज्या के 40% से अधिक ऑफसेट टेप और ट्यूब की दीवार के बीच संपर्क को जोखिम में डालते हैं (विशेषकर जब थर्मल विस्तार और विनिर्माण सहनशीलता पर विचार किया जाता है) और बहुत तंग अंतर स्थानीयकृत दूषण या अत्यधिक कतरनी तनाव का कारण बन सकता है।

पीटीएफई ट्यूबों के लिए, जो अक्सर कुछ अलग आंतरिक व्यास के साथ निर्मित होते हैं, नाममात्र त्रिज्या के लगभग 25% का व्यावहारिक ऑफसेट ट्यूब इनलेट और आउटलेट पर एक विलक्षण समर्थन संरचना स्थापित करके या जानबूझकर मुड़े हुए अग्रणी खंड के साथ टेप डालकर प्राप्त किया जा सकता है।

रेनॉल्ड्स संख्या निर्भरता: मध्यवर्ती रेनॉल्ड्स संख्याओं पर सबसे अधिक ध्यान देने योग्य
केंद्र से बाहर प्लेसमेंट प्रभाव मुख्य रूप से मध्यवर्ती रेनॉल्ड्स संख्याओं के लिए प्रासंगिक है, आमतौर पर संक्रमणकालीन और निचले अशांति क्षेत्र (लगभग 800-4000) में। इस शासन में प्रवाह पूरी तरह से अशांत नहीं होता है और प्राकृतिक मिश्रण कमजोर होता है। असममित टेप द्वितीयक धाराएं उत्पन्न कर सकता है, जो कृत्रिम रूप से प्रवाह को अधिक अराजक स्थिति में ले जा सकता है और गर्मी हस्तांतरण में काफी सुधार कर सकता है।

बहुत कम रेनॉल्ड्स संख्या (रे <300) पर द्वितीयक भंवर टेप विषमता के बावजूद चिपचिपी नमी से दब जाते हैं। एक केंद्रित टेप पर लाभ कम हो जाता है और दोनों कॉन्फ़िगरेशन थोड़े से घुमाव के साथ लैमिनर प्रवाह के समान प्रदर्शन करते हैं।

प्राकृतिक अशांति पहले से ही उच्च रेनॉल्ड्स संख्या (Re > 8000) पर पर्याप्त रेडियल मिश्रण देती है। ऑफ-सेंटर प्लेसमेंट का वृद्धिशील लाभ घटकर शायद 5-5-10% या उससे भी कम हो जाता है। अधिकांश पीटीएफई हीट एक्सचेंजर अनुप्रयोगों में - जहां फ्लोरोपॉलीमर सिस्टम में दबाव ड्रॉप सीमाओं के कारण प्रवाह दर मध्यम होती है - मध्यम आरई रेंज बिल्कुल वह सीमा होती है जिसमें उपकरण संचालित होता है, इसलिए ऑफ-सेंटर प्लेसमेंट काफी प्रासंगिक है।

व्यावहारिक समस्याएँ: असममित बल, कंपन
मुड़े हुए टेप को केंद्र से बाहर स्थापित करने में आने वाली व्यावहारिक कठिनाइयों में से एक असममित द्रव बल उत्पन्न होना है। छोटे अंतराल के माध्यम से तेज़ प्रवाह और बड़े अंतराल के माध्यम से धीमा प्रवाह पूरे टेप में शुद्ध दबाव असंतुलन का कारण बनता है। यह विषमता पार्श्व बलों का कारण बनती है जो टेप को ट्यूब की दीवार के विरुद्ध चलाती है। इसके अलावा, प्रवाह वेग क्षैतिज ट्यूब में टेप पर लिफ्ट या खींचने वाले बल का कारण भी बन सकता है।

इन असमान बलों के कारण टेप तेजी से केंद्र से दूर खिसक सकता है या संभवतः समय के साथ ट्यूब की दीवार को छू सकता है। संपर्क न केवल गर्मी हस्तांतरण को बाधित करता है (प्रवाह को अवरुद्ध करता है और गर्म स्थानों का कारण बनता है), बल्कि यह पीटीएफई ट्यूब की आंतरिक सतह को नुकसान पहुंचा सकता है या टेप कवर को खराब कर सकता है। पीटीएफई ट्यूबों में डाले गए धातु के टेप भी झल्लाहट और कंपन से पीड़ित होते हैं। टेप ट्यूब की दीवारों पर आगे-पीछे उछल सकता है, जिससे शोर और संभावित थकान विफलता पैदा हो सकती है।

यहां कुछ शमन रणनीतियाँ दी गई हैं:

एकाधिक समर्थन बिंदु - नियमित अंतराल पर रिंगों या स्पेसरों को केंद्रीकृत करना (उदाहरण के लिए प्रत्येक 10-20 ट्यूब व्यास) यह सुनिश्चित करता है कि अत्यधिक पार्श्व आंदोलन की अनुमति के बिना इच्छित ऑफसेट बनाए रखा जाता है।

टेप सामग्री चयन - एक सख्त टेप (उदाहरण के लिए मोटी धातु, या पीटीएफई भरा मिश्रित) असममित तनाव के तहत विरूपण का सामना करेगा।

जानबूझकर नाली या कुंजी - ट्यूब को एक आंतरिक अनुदैर्ध्य नाली के साथ बनाया जा सकता है जो टेप के किनारे को पकड़ता है और इसलिए ऑफसेट स्थान को सटीक रूप से ठीक करता है। यह धातु ट्यूबों में अधिक विशिष्ट है लेकिन उचित एक्सट्रूज़न टूलींग के साथ इसे पीटीएफई में अनुकूलित किया जा सकता है।

कम प्रवाह वेग - एक मध्यम रेनॉल्ड्स संख्या (जहां प्रभाव वैसे भी सबसे मजबूत है) की अनुमति देने से असममित बलों का परिमाण कम हो जाता है।

व्यवहार में, स्वच्छ तरल पदार्थ और मामूली प्रवाह दर के लिए कंपन और स्थानांतरण की समस्याएं सहनीय होती हैं। प्रयोगशाला और पायलट संयंत्र जांच से पता चला है कि ऑफ-सेंटर टेपों को केवल सिरों पर सुरक्षित करके दीर्घकालिक स्थिर संचालन किया गया है।

अन्य सम्मिलन ज्यामिति के साथ तुलना
असममित मिश्रण प्राप्त करने के ऑफ-सेंटर प्लेसमेंट के अलावा अन्य तरीके भी हैं। सनकी मुड़े हुए टेप, आधे मुड़े हुए टेप और ट्यूब असेंबलियों में उद्देश्यपूर्ण रूप से मुड़े हुए अक्ष टेप{{2}सभी का अध्ययन किया गया है। ऑफ-सेंटर मानक टेप का एक स्पष्ट लाभ है। टेप को स्वयं संशोधित करना आवश्यक नहीं है - बस जिस तरह से टेप को ट्यूब में रखा जाता है। इस प्रकार वर्तमान मुड़े हुए टेपों को निर्माण में बिना किसी अतिरिक्त लागत के ऑफ-सेंटर व्यवस्था में पुन: उपयोग किया जा सकता है।

यह डिज़ाइन तब फायदेमंद होता है जब हीट एक्सचेंजर पहले से ही संचालन में है और एक छोटे प्रदर्शन लाभ की आवश्यकता होती है। टेप को जानबूझकर एक तरफ खींचा जा सकता है और असममित अंत फिटिंग द्वारा पकड़ा जा सकता है। लेकिन, जैसा कि ऊपर बताया गया है, कंपन और समर्थन कठिनाइयों पर सावधानीपूर्वक विचार करने की आवश्यकता है।

पीटीएफई हीट एक्सचेंजर्स का डिज़ाइन: व्यावहारिक विचार
पीटीएफई शेल और ट्यूब हीट एक्सचेंजर्स के डिजाइनरों के लिए, निम्नलिखित सुझाव दिए जा सकते हैं:

पहले से ही निर्दिष्ट पारंपरिक ट्विस्टेड टेप के साथ उचित रूप से बड़े व्यास ट्यूबों (12 मिमी आईडी से अधिक या उसके बराबर) के लिए, केंद्र से बाहर प्लेसमेंट को एक वृद्धिशील सुधार माना जा सकता है - विशेष रूप से जब परिचालन रेनॉल्ड्स संख्या 800-4000 रेंज में हो।

ट्यूब त्रिज्या के लगभग 25 प्रतिशत ऑफसेट का उपयोग करें। यह संतुलन सहनीय बल विषमता के साथ द्वितीयक प्रवाह को अधिकतम करता है।

ऑफसेट बनाए रखने और दीवार के संपर्क को रोकने के लिए 10-15 ट्यूब व्यास के अंतराल पर केंद्रीकरण रिंग जोड़ें। रासायनिक अनुकूलता के लिए अंगूठियां पीटीएफई या पीएफए ​​में उपलब्ध हैं।

कंपन जोखिम का आकलन करें: उच्च वेग वाली गैस या कम चिपचिपाहट वाले तरल प्रवाह के लिए अधिक समर्थन या छोटा ऑफसेट अंश (उदाहरण के लिए . 15% त्रिज्या) फायदेमंद हो सकता है।

निष्कर्ष: एक सस्ता वृद्धिशील उन्नयन
एक मुड़े हुए टेप को जानबूझकर केंद्र से दूर रखकर ताप संचरण में कम लागत वाली वृद्धिशील वृद्धि प्राप्त की जा सकती है, जिसके परिणामस्वरूप केंद्र वाले टेप के सापेक्ष दबाव में बहुत कम या कोई कमी नहीं होने के साथ नुसेल्ट संख्या में 10-20% की अतिरिक्त वृद्धि होती है। असममित प्रवाह विभाजन द्वितीयक परिसंचरण स्थापित करने वाले प्रभाव की मध्यस्थता करता है जो थर्मल सीमा परत में मिश्रण को बढ़ाता है। इष्टतम ऑफसेट मान ट्यूब त्रिज्या का 20-30% है, और प्रभाव मध्यवर्ती रेनॉल्ड्स संख्या (रे ≈ 800-4000) पर सबसे महत्वपूर्ण है।

आकार में छोटे-छोटे बदलाव अधिक प्रदर्शन को मुक्त कर सकते हैं। ऑफ सेंटर ट्विस्टेड टेप PTFE हीट ट्रांसफर विधि PTFE हीट एक्सचेंजर्स को सीधा अपग्रेड प्रदान करती है जहां संक्षारण प्रतिरोध सामग्री चयन निर्धारित करता है, और निष्क्रिय सुधार ही एकमात्र संभव दिशा है। डिजाइनरों को थर्मल फायदों की तुलना में हल्के कंपन और समर्थन आवश्यकताओं को कम करने की जरूरत है।