টুইস্টেড টেপ টারবুলেটরগুলির পারফরমেন্সে অফ-সেন্টার ইনসার্ট প্লেসমেন্টের প্রভাব কী?

টিউবের কেন্দ্রে একটি প্রচলিত বাঁকানো টেপ স্থাপন করা হয়। কিন্তু বন্ধ-সেন্টার প্লেসমেন্টের ফলে শক্তিশালী মাধ্যমিক সঞ্চালন সহ একটি অসমমিতিক প্রবাহ ক্ষেত্র তৈরি হয়, সম্ভবত একই সন্নিবেশের জন্য উচ্চ তাপ স্থানান্তর সুবিধার দিকে পরিচালিত করে। এই পরিমিত জ্যামিতিক পরিবর্তন - সাধারণত প্রচলিত হিট এক্সচেঞ্জার ডিজাইনে মিস হয় - টেপের মোচড়ের অনুপাত বা পদার্থ পরিবর্তন না করেই বৃহত্তর তাপীয় কর্মক্ষমতা প্রদান করতে পারে। PTFE হিট এক্সচেঞ্জারগুলির জন্য ক্ষয়কারী বা সূক্ষ্ম তরল প্রক্রিয়াকরণ যেখানে সক্রিয় পদ্ধতির তুলনায় প্যাসিভ বর্ধিতকরণ পছন্দ করা হয়, অফ-কেন্দ্র ইনস্টলেশন কম খরচে অফার করে, কোনও রক্ষণাবেক্ষণ আপগ্রেড নেই৷

একটি বন্ধ-সেন্টার টেপের অসমমিতিক প্রবাহ ক্ষেত্র
যদি টুইস্টেড টেপ টার্বুলেটরটি সরাসরি টিউবের কেন্দ্র অক্ষে থাকে, তাহলে প্রবাহটি দুটি প্রতিসম হেলিকাল চ্যানেলে বিভক্ত হয়। গতি অভিন্ন ঘূর্ণায়মান ধরনের এবং বেগ প্রোফাইল র‌্যাডিয়ালি প্রতিসম। এটি একটি পরিচিত এবং ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত সেটআপ।

টেপ বন্ধ কেন্দ্র সরানো একটি মৌলিক উপায়ে জ্যামিতি প্রভাবিত করে। টিউব ক্রস- বিভাগটি এখন বিভিন্ন আকারের দুটি প্রবাহ চ্যানেলে বিভক্ত, টেপের একপাশে একটি বড় ফাঁক এবং অন্য পাশে একটি ছোট ফাঁক। যেহেতু ক্রস-বিভাগীয় এলাকা বড়, তাই এই চ্যানেলের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত তরল কম বেগে (প্রদত্ত ভলিউমেট্রিক প্রবাহ হারের জন্য) সরে যাবে। বিপরীতে, ছোট চ্যানেলে তরল ত্বরান্বিত হয়। বেগের পার্থক্য এবং টেপের হেলিকাল টুইস্ট শক্তিশালী সেকেন্ডারি সার্কুলেশন - ক্রস-বিভাগীয় এডি তৈরি করে যা কেন্দ্রীভূত সেটআপে উপস্থিত নয়।

ফলাফল একটি শক্তিশালী মিশ্রণ প্যাটার্ন. অফ-সেন্টার টুইস্টেড টেপ প্রধান ঘূর্ণি (টেপ অক্ষের চারপাশে) এবং সেকেন্ডারি ঘূর্ণি প্রবাহের দিকে লম্বভাবে ঘূর্ণায়মান করে। এই অতিরিক্ত মিশ্রণটি কেন্দ্রীভূত অবস্থানের চেয়ে তাপীয় সীমানা স্তরকে বিরক্ত করতে বেশি সফল, বিশেষ করে টিউব প্রাচীরের আশেপাশে যেখানে সবচেয়ে ছোট ফাঁক বিদ্যমান।

পরিমানকৃত কর্মক্ষমতা উন্নতি
পরীক্ষামূলক তদন্তগুলি অভিন্ন প্রবাহ সেটিংসের অধীনে কেন্দ্রীভূত টেপ টপোলজির সাথে অফ সেন্টার টুইস্টেড টেপ PTFE হিট ট্রান্সফার কর্মক্ষমতাকে সরাসরি তুলনা করেছে (সাধারণ গবেষণায় Re=500-5000)। মূল আবিষ্কারগুলির মধ্যে রয়েছে:

নুসেল্ট নম্বর অগমেন্টেশন: একই টুইস্ট অনুপাত এবং রেনল্ডস নম্বরের জন্য কেন্দ্রীভূত টেপের তুলনায় অফ-সেন্টার অবস্থানের জন্য টিউব সাইড নুসেল্ট নম্বর অতিরিক্ত 10-20% বৃদ্ধি করা হয়েছে।

প্রেসার ড্রপ আচরণ: অফ-সেন্টার প্লেসমেন্ট থেকে ঘর্ষণ ফ্যাক্টরের উত্থান একই রকম বা কিছুটা বেশি (কেন্দ্রিক-টেপের মানের উপরে সর্বাধিক 5-10%)। তাপ স্থানান্তর লাভের অনুপাতে চাপের শাস্তি বাড়ানো হয় না এবং তাই তাপ-হাইড্রোলিক কর্মক্ষমতা সূচক (Nu/f) বৃদ্ধি করে।

মেকানিজমের স্থায়িত্ব: পরিমানটি জ্যামিতির উপর নির্ভর করে যদিও বিস্তৃত সুতার অনুপাত (y=2–6) এবং টিউব ব্যাসের জন্য বর্ধন দেখা যায়।

এই লাভগুলি গৌণ থেকে অনেক দূরে। একটি PTFE হিট এক্সচেঞ্জারের জন্য, যেখানে টিউব-পার্শ্বের ফিল্ম কোফিসিয়েন্ট সাধারণত মোট কর্মক্ষমতার জন্য সীমিত ফ্যাক্টর, সেখানে Nusselt নম্বরে একটি অতিরিক্ত 15% প্রয়োজনীয় তাপ স্থানান্তর এলাকায় উল্লেখযোগ্য হ্রাস বা থ্রুপুট বৃদ্ধিতে অনুবাদ করতে পারে।

অফসেট দূরত্ব এবং টিউব ব্যাসার্ধ প্রভাব
তাপ স্থানান্তর বৃদ্ধির পরিমাণ উল্লেখযোগ্যভাবে কেন্দ্র থেকে টেপ স্থানচ্যুতির উপর নির্ভর করে। সর্বোত্তম অফসেট দূরত্ব প্রায়শই টিউব ব্যাসার্ধের 20-30% হয় (যেমন $\\delta/R \\ প্রায় 0.2-0.3$, যেখানে $\\delta$ হল টিউব কেন্দ্র থেকে টেপ অক্ষের দূরত্ব)। এই পরিসরে, গৌণ সঞ্চালন অতিরিক্ত মিশ্রণ দেওয়ার জন্য যথেষ্ট শক্তিশালী কিন্তু এত শক্তিশালী নয় যে টেপটি টিউব প্রাচীরের সংস্পর্শে আসে বা তীব্র প্রবাহ স্থবিরতা সৃষ্টি করে।

"ব্যাসার্ধের 10% এর কম অফসেটগুলি কেন্দ্রীভূত পরিস্থিতি থেকে খুব বেশি আলাদা নয় - বড় গৌণ এডিগুলি তৈরি করতে প্রবাহের অসমতা খুব দুর্বল৷ টেপ এবং টিউব প্রাচীরের মধ্যে ব্যাসার্ধের ঝুঁকির যোগাযোগের 40%-এর বেশি অফসেটগুলি (বিশেষ করে যখন তাপীয় প্রসারণ এবং স্থানীয়ভাবে সীসা তৈরির জন্য বিবেচিত হয়) ফাউলিং বা অত্যধিক শিয়ার স্ট্রেস।

PTFE টিউবগুলির জন্য, যা প্রায়শই কিছুটা বৈচিত্র্যময় অভ্যন্তরীণ ব্যাসের সাথে উত্পাদিত হয়, নামমাত্র ব্যাসার্ধের প্রায় 25% এর একটি ব্যবহারিক অফসেট টিউব ইনলেট এবং আউটলেটে একটি উদ্ভট সমর্থন কাঠামো ইনস্টল করে বা ইচ্ছাকৃতভাবে বাঁকানো অগ্রভাগের সাথে টেপ ঢোকানোর মাধ্যমে প্রাপ্ত করা যেতে পারে।

রেনল্ডস নম্বর নির্ভরতা: ইন্টারমিডিয়েট রেনল্ডস নম্বরগুলিতে সর্বাধিক লক্ষণীয়
অফ-সেন্টার প্লেসমেন্ট প্রভাবটি প্রধানত মধ্যবর্তী রেনল্ডস সংখ্যার জন্য প্রাসঙ্গিক, সাধারণত ট্রানজিশনাল এবং লোয়ার টার্বুলেন্স অঞ্চলে (রি\\আনুমানিক 800-4000)। এই শাসনামলে প্রবাহ সম্পূর্ণ অশান্ত নয় এবং প্রাকৃতিক মিশ্রণ দুর্বল। অপ্রতিসম টেপ গৌণ স্রোত তৈরি করতে পারে, যা কৃত্রিমভাবে প্রবাহকে আরও বিশৃঙ্খল অবস্থায় নিয়ে যেতে পারে এবং তাপ স্থানান্তরকে ব্যাপকভাবে উন্নত করতে পারে।

খুব কম রেনল্ডস সংখ্যায় (Re <300) সেকেন্ডারি এডিগুলি টেপের অসাম্যতা নির্বিশেষে সান্দ্র স্যাঁতসেঁতে চাপা পড়ে। একটি কেন্দ্রীভূত টেপের সুবিধা হ্রাস পায় এবং উভয় কনফিগারেশনই সামান্য ঘূর্ণায়মান লেমিনার প্রবাহের অনুরূপ কার্য সম্পাদন করে।

প্রাকৃতিক অশান্তি ইতিমধ্যেই উচ্চ রেনল্ডস সংখ্যায় (Re > 8000) যথেষ্ট রেডিয়াল মিশ্রণ দেয়। অফ-সেন্টার প্লেসমেন্টের ক্রমবর্ধমান সুবিধা 5-10% বা তার কম হতে পারে৷ বেশিরভাগ PTFE হিট এক্সচেঞ্জার অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে - যেখানে ফ্লোরোপলিমার সিস্টেমে চাপ হ্রাসের সীমাবদ্ধতার কারণে প্রবাহের হার মাঝারি হতে থাকে - মাঝারি রেঞ্জ হল ঠিক সেই পরিসর যেখানে সরঞ্জামগুলি কাজ করে, তাই অফ-সেন্টার বসানো বেশ প্রাসঙ্গিক।

ব্যবহারিক সমস্যা: অপ্রতিসম শক্তি, কম্পন
বাঁকানো টেপের কেন্দ্রে ইনস্টলেশন বন্ধ-এর সাথে সম্মুখীন হওয়া ব্যবহারিক অসুবিধাগুলির মধ্যে একটি হল অসমমিতিক তরল বল তৈরি করা। ক্ষুদ্র ফাঁক দিয়ে দ্রুত প্রবাহ এবং বড় ফাঁক দিয়ে ধীর প্রবাহ টেপ জুড়ে নেট চাপের ভারসাম্যহীনতা সৃষ্টি করে। এই অসমতা পার্শ্বীয় শক্তি সৃষ্টি করে যা টিউব প্রাচীরের বিরুদ্ধে টেপকে চালিত করে। উপরন্তু, প্রবাহ বেগ একটি অনুভূমিক নল মধ্যে টেপ উপর উত্তোলন বা টেনে আনতে পারে.

এই অসম শক্তির কারণে টেপটি ক্রমবর্ধমানভাবে কেন্দ্র থেকে সরে যেতে পারে-অথবা সময়ের সাথে সাথে টিউবের প্রাচীর স্পর্শ করতে পারে। যোগাযোগ শুধুমাত্র তাপ স্থানান্তর (প্রবাহকে অবরুদ্ধ করে এবং হট স্পট সৃষ্টি করে) ক্ষতিগ্রস্থ করে না, তবে এটি PTFE টিউবের অভ্যন্তরীণ পৃষ্ঠের ক্ষতি করতে পারে বা টেপের আচ্ছাদন পরিধান করতে পারে। PTFE টিউবগুলিতে রাখা ধাতব টেপগুলিও ঝাঁকুনি এবং কম্পনে ভোগে। টেপ টিউব দেয়ালের বিরুদ্ধে পিছনে পিছনে বাউন্স করতে পারে, গোলমাল এবং সম্ভাব্য ক্লান্তি ব্যর্থতা তৈরি করতে পারে।

এখানে কয়েকটি প্রশমন কৌশল রয়েছে:

একাধিক সমর্থন পয়েন্ট - নিয়মিত বিরতিতে কেন্দ্রীভূত রিং বা স্পেসারগুলি (যেমন প্রতি 10-20 টিউব ব্যাস) নিশ্চিত করে যে অত্যধিক পার্শ্বীয় নড়াচড়ার অনুমতি না দিয়ে উদ্দেশ্যযুক্ত অফসেট বজায় রাখা হয়েছে।

টেপ উপাদান নির্বাচন - একটি শক্ত টেপ (যেমন ঘন ধাতু, বা একটি PTFE ভরা যৌগ) অসমমিতিক চাপের অধীনে বিকৃতি সহ্য করবে।

ইচ্ছাকৃত খাঁজ বা কী - টিউবটি একটি অভ্যন্তরীণ অনুদৈর্ঘ্য খাঁজ দিয়ে তৈরি করা যেতে পারে যা টেপের প্রান্তটি ক্যাপচার করে এবং তাই অফসেট অবস্থানটি ঠিক ঠিক করে। এটি ধাতব টিউবগুলিতে আরও সাধারণ তবে উপযুক্ত এক্সট্রুশন টুলিংয়ের সাথে PTFE-তে অভিযোজিত হতে পারে।

নিম্ন প্রবাহ বেগ - একটি মাঝারি রেনল্ডস সংখ্যার অনুমতি দেওয়া (যেখানে প্রভাব যেভাবেই শক্তিশালী) অসমমিতিক শক্তির মাত্রা কমিয়ে দেয়।

অনুশীলনে, কম্পন এবং স্থানান্তরের সমস্যাগুলি পরিষ্কার তরল এবং পরিমিত প্রবাহ হারের জন্য সহনীয়। ল্যাবরেটরি এবং পাইলট প্ল্যান্টের তদন্তগুলি কেবলমাত্র প্রান্তে সুরক্ষিত অফ-সেন্টার টেপগুলির সাথে দীর্ঘমেয়াদী স্থিতিশীল অপারেশন দেখিয়েছে৷

অন্যান্য সন্নিবেশ জ্যামিতি সঙ্গে তুলনা
অফ-সেন্টার বসানো ছাড়া অসমমিতিক মিশ্রণ পাওয়ার অন্যান্য উপায় রয়েছে৷ উদ্ভট টুইস্টেড টেপ, অর্ধেক টুইস্টেড টেপ এবং উদ্দেশ্যমূলকভাবে বাঁকানো অক্ষ টেপ-টিউব অ্যাসেম্বলিতে-সবই অধ্যয়ন করা হয়েছে। অফ-সেন্টার স্ট্যান্ডার্ড টেপের একটি স্পষ্ট সুবিধা রয়েছে। টেপটি নিজেই পরিবর্তন করার প্রয়োজন নেই - যেভাবে টেপটি টিউবে স্থাপন করা হয়। এইভাবে বর্তমান টুইস্টেড টেপগুলি তৈরিতে কোনও অতিরিক্ত খরচ ছাড়াই একটি অফ-কেন্দ্র ব্যবস্থায় পুনরায় ব্যবহার করা যেতে পারে।

এই নকশাটি সুবিধাজনক যখন একটি হিট এক্সচেঞ্জার ইতিমধ্যেই চালু থাকে এবং একটি ছোট কার্যক্ষমতা লাভের প্রয়োজন হয়। টেপটি উদ্দেশ্যপ্রণোদিতভাবে একপাশে টানা যায় এবং অসমমিতিক শেষ ফিটিং দ্বারা ধরে রাখা যেতে পারে। কিন্তু, উপরে উল্লিখিত কম্পন এবং সমর্থন অসুবিধাগুলি সাবধানে বিবেচনা করা প্রয়োজন।

PTFE তাপ এক্সচেঞ্জার ডিজাইন: ব্যবহারিক বিবেচনা
PTFE শেল এবং টিউব হিট এক্সচেঞ্জারের ডিজাইনারদের জন্য, নিম্নলিখিত পরামর্শ দেওয়া যেতে পারে:

যুক্তিসঙ্গতভাবে বড় ব্যাসের টিউবগুলির জন্য (12 মিমি আইডির চেয়ে বড় বা সমান) একটি প্রচলিত টুইস্টেড টেপ ইতিমধ্যেই নির্দিষ্ট করা হয়েছে, অফ-সেন্টার প্লেসমেন্টকে একটি ক্রমবর্ধমান উন্নতি হিসাবে বিবেচনা করা যেতে পারে - উল্লেখযোগ্যভাবে যখন অপারেশনাল রেনল্ডস নম্বর 800-4000 রেঞ্জের মধ্যে থাকে৷

টিউব ব্যাসার্ধের প্রায় 25 শতাংশ অফসেট ব্যবহার করুন। এই ভারসাম্য সহনীয় বল অসমতা সহ গৌণ প্রবাহকে সর্বাধিক করে তোলে।

অফসেট ধরে রাখতে এবং দেয়ালের সংস্পর্শ রোধ করতে 10-15 টিউব ব্যাসের ব্যবধানে কেন্দ্রীভূত রিং যোগ করুন। রাসায়নিক সামঞ্জস্যের জন্য PTFE বা PFA-তে রিং পাওয়া যায়।

কম্পনের ঝুঁকি মূল্যায়ন করুন: উচ্চ বেগের গ্যাস বা কম সান্দ্রতা তরল প্রবাহের জন্য আরও সমর্থন বা একটি ছোট অফসেট ভগ্নাংশ (যেমন. 15% ব্যাসার্ধ) উপকারী হতে পারে।

উপসংহার: একটি সস্তা ইনক্রিমেন্টাল আপগ্রেড
একটি কম-তাপ সঞ্চালনে ক্রমবর্ধমান বর্ধিতকরণ একটি বাঁকানো টেপকে ইচ্ছাকৃতভাবে কেন্দ্র বন্ধ করে-কেন্দ্রিক টেপের সাথে তুলনা করে নুসেল্ট সংখ্যার অতিরিক্ত 10-20% বৃদ্ধি পেতে পারে। অসমমিতিক প্রবাহ বিভাজন গৌণ প্রচলন স্থাপনের প্রভাবকে মধ্যস্থ করে যা তাপীয় সীমানা স্তরে মিশ্রন বাড়ায়। সর্বোত্তম অফসেট মান টিউব ব্যাসার্ধের 20-30%, এবং প্রভাবটি মধ্যবর্তী রেনল্ডস সংখ্যায় (Re ≈ 800-4000) সবচেয়ে উল্লেখযোগ্য।

আকারের ছোট বৈচিত্রগুলি আরও কর্মক্ষমতা মুক্ত করতে পারে। অফ সেন্টার টুইস্টেড টেপ PTFE হিট ট্রান্সফার পদ্ধতি PTFE হিট এক্সচেঞ্জারগুলিতে একটি সোজা আপগ্রেড প্রদান করে যেখানে জারা প্রতিরোধের উপাদান নির্বাচন নির্ধারণ করে এবং প্যাসিভ উন্নতিই একমাত্র সম্ভাব্য দিক। ডিজাইনারদের মৃদু কম্পন এবং সহায়তার প্রয়োজন বনাম তাপীয় সুবিধাগুলি বন্ধ করে-বাণিজ্য করতে হবে৷