Стални проток је норма у раду измењивача топлоте, али истраживања показују да преклапање пулсирања-ритмичког убрзања и успоравања протока-може да повећа пренос топлоте без повећања нето пропусности. Ова контраинтуитивна метода је посебно интересантна за ПТФЕ измењиваче, који су познати по својој ниској топлотној проводљивости. Пулсирајући проток се појавио као обећавајућа техника за побољшање преноса топлоте у овим системима, нудећи потенцијално решење за побољшање топлотних перформанси у ПТФЕ измењивачима топлоте.
Механизам пулсирајућег струјања у ПТФЕ измењивачима топлоте
Пулсирајући проток ремети формирање стабилног термичког граничног слоја унутар цеви, што је један од примарних фактора који ограничавају пренос топлоте у традиционалним системима са стабилним протоком. Повременим убрзавањем и успоравањем протока, пулсације стварају додатно мешање унутар течности. Овај поремећај граничног слоја омогућава ефикаснију размену топлоте између течности и зидова ПТФЕ цеви.
У лабораторијским студијама примећено је да пулсирајући проток повећава коефицијент преноса топлоте без значајног повећања просечне брзине протока. Периодичне осцилације помажу да се побољша способност течности да преноси топлоту ометајући стагнирајући флуид близу зида цеви, који обично делује као изолациона баријера. Овај поремећај повећава интеракцију између течности и зида, побољшавајући пренос топлоте без потребе за већим протоком.
Механизми пулсирајућег протока
Током фазе успоравања пулсирајућег тока, вртлози се избацују у ток, стварајући турбуленцију која „брише“ по зиду цеви. Ови вртлози помажу да се разбије термички гранични слој, омогућавајући флуиду да оствари бољи контакт са површином цеви, побољшавајући пренос топлоте.
Током фазе убрзања, језгро течности-обично на вишој температури-продире даље у цев. Ова свежа, топлија течност ступа у интеракцију са хладнијим деловима цеви, повећавајући топлотну размену. Ово осцилаторно кретање доводи до побољшаног мешања, додатно промовишући пренос топлоте преко површине ПТФЕ цеви.
Практична имплементација пулсирајућег тока
Пулсације у протоку могу да се генеришу коришћењем различитих метода, као што су клипна пумпа, брзо{0}}вентил или флуидни осцилатор. Свака од ових метода уводи периодичне осцилације у проток, помажући да се изазове жељено мешање и побољша пренос топлоте.
Практични изазов је, међутим, додатна сложеност и потенцијал за вибрације узроковане пулсирајућим системима протока. Иако су предности преноса топлоте јасне, дизајн пулсирајућег система мора узети у обзир потенцијалне механичке напрезања и вибрације које би могле бити унете у систем, посебно када се ради на високим фреквенцијама или у системима са осетљивим компонентама.
Утицај пулсирајућег тока на режиме протока
Ефекат пулсирајућег струјања је најизраженији у ламинарном и прелазном режиму струјања, где је његов релативни утицај на мешање највећи. У овим режимима струјања, струјање није тако турбулентно као код потпуно развијеног турбулентног струјања, па су предности пулсирања у нарушавању граничног слоја уочљивије. Код виших Рејнолдсових бројева, где турбуленција већ обезбеђује значајан ниво мешања, утицај пулсирајућег тока на пренос топлоте се смањује.
Док је пулсирајући проток ефикасан у побољшању преноса топлоте при нижим Реинолдсовим бројевима, нето уштеде енергије морају бити пажљиво процењене. Енергија потребна за генерисање пулсирања, посебно ако се користе активне методе као што су клипне пумпе или-вентили брзог дејства, може надокнадити нека побољшања у преносу топлоте. Овај компромис-мора се узети у обзир када се одлучује да ли је пулсирајући ток прикладан метод побољшања за дату примену.
Закључак
Пулсирајући проток је нова и ниска метода за побољшање преноса топлоте у ПТФЕ измењивачима топлоте, посебно ефикасна у системима који раде на ниским Рејнолдсовим бројевима. Нарушавањем топлотног граничног слоја и побољшањем мешања флуида, пулсације могу значајно повећати коефицијент преноса топлоте без потребе за већим просечним брзинама. Међутим, практична разматрања, укључујући потенцијал за вибрације и енергију потребну за стварање пулсирања, морају се узети у обзир приликом примене ове технике. Пулсирајући проток, заједно са другим активним и пасивним методама побољшања, пружа свестран кутију алата за термалне инжењере који желе да оптимизују перформансе ПТФЕ измењивача топлоте.
