پتانسیل انتقال حرارت مبتنی بر سیالات مغناطیسی-برای مبدلهای PTFE، حذف قطعات متحرک چیست؟
پیام بگذارید
تمام حلقههای انتقال حرارت در گردش دارای یک پمپ با مهر و موم مکانیکی، بلبرینگ، شفت و سطوح سایش هستند که به مرور زمان به سردردهای تعمیر و نگهداری تبدیل میشوند. این عناصر به طور کلی اولین عامل نشت و آلودگی در سیستم های شیمیایی خورنده هستند. یک ایده جدید رویکرد کاملا متفاوتی را پیشنهاد می کند: اجازه دهید خود سیال به یک میدان مغناطیسی واکنش نشان دهد و از دستگاه پمپاژ معمولی صرف نظر کند.
یک فروسیال - مایعی حاوی نانوذرات مغناطیسی معلق - می تواند از طریق یک مبدل حرارتی PTFE با استفاده از یک میدان مغناطیسی دوار خارجی عبور داده شود. هیچ پروانه ای به مایع برخورد نمی کند. سیستم هیچ مهر و موم نمی شکند. هیچ قطعه مکانیکی متحرکی وجود ندارد که جریان فرآیند را لمس کند. این یک حلقه گردش حرارتی کاملاً مهر و موم شده را فراهم می کند که مقاومت عالی در برابر نشت و خوردگی دارد.
مبدل PTFE انتقال حرارت سیال مغناطیسی بدون فناوری قطعات متحرک، یک مسیر بسیار تجربی، اما بالقوه انقلابی در پردازش حرارتی و مدیریت سیالات خطرناک است.
مبانی فروسیال
فروسیال یک سوسپانسیون کلوئیدی پایدار از ذرات مغناطیسی در مقیاس نانو است که در یک مایع حامل پخش شده است.
ذرات مغناطیسی معمولاً عبارتند از:
نانو ذرات اکسید آهن
مواد مبتنی بر مگنتیت
کلوئیدهای مغناطیسی تثبیت شده سطحی
مایع حامل می تواند:
آب
روغنی، مصنوعی
حلال های فلوئوردار
سیالات دی الکتریک تخصصی
سورفکتانت ها از تجمع و ته نشین شدن جلوگیری می کنند، بنابراین نانوذرات شناور می مانند.
تحت تأثیر یک میدان مغناطیسی، مایع مانند یک سیال حساس به مغناطیسی رفتار می کند و با این وجود خواص سیال را حفظ می کند.
این رفتار عجیب به سیستم های مغناطیسی خارجی اجازه می دهد تا حرکت سیال را بدون هیچ گونه لمس مکانیکی کنترل کنند.
پمپ سیال مغناطیسی چگونه کار می کند؟
فروسیال در سیستم مبدل PTFE پیشنهادی به طور کامل در یک حلقه گردش بسته قرار دارد.
یک مجموعه مغناطیسی چرخان خارجی یک میدان مغناطیسی متحرک در خارج از لوله PTFE ایجاد می کند.
این پیکربندی مغناطیسی با استاتور یک موتور الکتریکی بدون جاروبک قابل مقایسه است.
هنگامی که میدان مغناطیسی می چرخد، نیروهای مغناطیسی بر روی نانوذرات معلق در فروسیال عمل می کنند. مایع در معرض یک کشش جهت دار است. شروع به گردش در لوله های مبدل می کند.
آهنرباهای داخل a ممکن است باعث چرخش مایع بدون نیاز به پروانه معمولی یا مهر و موم شفت شوند.
فقط دیواره های داخلی لوله PTFE و اجزای مدار سیال مرتبط با لوله های PTFE خیس می شوند.
چرا PTFE برای سیستم های فروسیال جذاب است؟
چندین مفهوم گردش سیال مغناطیسی توسط خواص PTFE پشتیبانی می شود.
آنها عبارتند از:
مقاومت شیمیایی برتر
عایق برق
سطوح غیر فعال-
مقاومت در برابر خوردگی
تمایل کم رسوب گیری
خواص غیر فلزی و شیمیایی بی اثر PTFE امکان جداسازی کامل سیالات متخاصم از سیستم های مکانیکی خارجی را فراهم می کند.
این پتانسیل را باز می کند:
حلقه های حرارتی هرمتیک
احتمال نشتی نداره
کاهش پتانسیل آلودگی
حداقل مسیرهای خوردگی
ترکیب محصور PTFE و گردش مغناطیسی راه حل جالبی برای شرایط فرآیند بسیار خطرناک است.
دفع آب بند و یاتاقان های مکانیکی
پمپهای معمولی همچنان یکی از{0}مستعدترین اجزای سیستمهای پردازش شیمیایی هستند.
مسائل رایج عبارتند از:
نشتی مهر و موم
سایش بلبرینگ
خوردگی شفت
عدم موفقیت در روغن کاری
آسیب ناشی از ارتعاش
کاویتاسیون
این مشکلات به ویژه هنگام دست زدن به موارد زیر قابل توجه می شوند:
مواد سمی
مایعات رادیواکتیو
مایعات{0}فوق العاده خالص
اسیدهای خورنده،
مایعات ویژه{0}}هزینه بالا
یک حلقه گردش کاملاً مغناطیسی ممکن است بتواند با هم چندین مورد از این حالت های خرابی را حذف کند.
مرز سیال بسیار ساده تر است زیرا هیچ سخت افزار خیس شده چرخشی وجود ندارد.
وعده حلقه های حرارتی مهر و موم شده هرمتیک
یکی از جذابترین ویژگیهای مبدل PTFE بدون قطعات متحرک انتقال حرارت سیال مغناطیسی، پتانسیل جداسازی کامل هرمتیک است.
از آنجا که نیروی گردش خون از خارج اعمال می شود،
بدون شفت چرخشی در داخل ظرف
بدون نیاز به آب بندی پویا
بدون نیاز به غدد بسته بندی
هیچ سیستم روانکاری خارجی با سیال فرآیند در تماس نیست
این معماری یک مانع بسیار قوی در برابر نشتی است.
این ویژگی به تنهایی می تواند این فناوری را حتی با محدودیت های عملکردی برای مایعات سمی توجیه کند.
کاربردهای بالقوه سیستمهای نشت{0} صفر
گردش سیالات مغناطیسی هنوز در مرحله آزمایشی است، اما ممکن است روزی مصارف صنعتی تخصصی داشته باشد.
مدیریت مایعات رادیواکتیو
سیستم های هسته ای و رادیوشیمیایی نیاز به قابلیت اطمینان بالایی دارند.
"اگر چرخه بسته ای داشتید، خطر انتشار محیطی کمتر بود."
مدیریت مواد شیمیایی بسیار سمی
حذف مسیرهای معمول خرابی آب بند در فرآیندهای حاوی مواد خطرناک یا بسیار واکنش پذیر ممکن است یک مزیت باشد.
سیستم های نیمه هادی و خلوص بالا
کاهش تولید ذرات و خطر آلودگی در برنامههای بسیار{0} تمیز.
سیستم های فضایی و راه دور
همچنین امکان استفاده از پیچیدگی مکانیکی کاهش یافته برای سیستم هایی که به عمر عملیاتی طولانی با نگهداری کمی نیاز دارند، وجود دارد.
مسائل مربوط به عملکرد حرارتی
خود فروسیال باید از نظر حرارتی کار کند و همچنان به صورت مغناطیسی پاسخگو باشد.
این منجر به مشکلات مهندسی خاصی می شود.
انتخاب سیال حامل
مایع حامل باید ارائه دهد:
ظرفیت حرارتی کافی
سازگاری شیمیایی
پایداری ویسکوزیته
تعلیق-طولانی نانوذرات
فروسیال همچنین باید از نظر شیمیایی با لوله PTFE و هرگونه تماس حرارتی در سمت فرآیند سازگار باشد.
پایداری نانوذرات
در طول دوره های عملیات طولانی تراکم ذرات یا رسوب می تواند کاهش یابد:
پاسخ مغناطیسی
راندمان پمپ
سازگاری انتقال حرارت
پایداری رفتار کلوئیدی هنوز یک منطقه مهم مطالعه است.
محدودیت های فنی موجود
این سیستم از نظر مفهومی ظریف است، اما امروزه مشکلات مهندسی عمده ای دارد.
قابلیت جریان و فشار محدود 2.
نیروهای مغناطیسی در مقایسه با پمپ های مکانیکی معمولی هنوز بسیار ملایم هستند.
بنابراین، سیستم های فعلی به طور کلی به موارد زیر محدود می شوند:
نرخ جریان پایین
عملکرد در فشار کم
لوله با قطر کم
حلقه های فشرده گردش.
وظایف مبدل حرارتی صنعتی بزرگ هنوز فراتر از توانایی معاصر است.
تلفات ناشی از کوپلینگ مغناطیسی
انتقال نیروی مغناطیسی با فاصله بسیار سریع کاهش می یابد.
راندمان کوپلینگ به دلیل موارد زیر به شدت کاهش می یابد:
ضخامت دیواره لوله PTFE
سوراخ های هوا
زیرساخت های حمایتی
مواد فاصله دهنده غیر مغناطیسی
این نیروی عملی را که می توان برای حرکت سیال به کار برد، محدود می کند.
چالش های بازده انرژی
هزینه های انرژی الکتریکی برای تولید میدان های مغناطیسی در حال چرخش
بازده کلی سیستم به شدت به موارد زیر بستگی دارد:
ثابت کوپلینگ مغناطیسی
ویسکوزیته فروسیال
هندسه مدار
نشت گرما
در حال حاضر، پمپ های سنتی به طور کلی برای اکثر نیازهای جریان صنعتی کارآمدتر انرژی هستند.
مشکلات سازگاری مواد
شیمی فروسیال باید با موارد زیر سازگار باشد:
لوله PTFE
حامل مایع
تثبیت کننده های نانوذرات
محیط های عملیاتی (حرارتی)
هر گونه ناپایداری در تعلیق کلوئیدی ممکن است عملکرد را در دراز مدت بدتر کند.
چرا فناوری مرتبط باقی می ماند
این تحقیق هنوز بسیار مهم است، حتی اگر در حال حاضر محدودیتهایی وجود داشته باشد، زیرا برخی از برنامهها به جای کارایی، به قابلیت اطمینان از مهار نیاز دارند.
مهر و موم های مکانیکی می توانند مزایای ایمنی را برای سیستم هایی که سیالات بسیار خطرناکی را مدیریت می کنند به ارمغان بیاورند که با پمپ های معمولی قابل دستیابی نیستند.
در برخی موارد، مزایای نگهداری کمتر و جلوگیری از نشت ممکن است مهمتر از کاهش خروجی پمپاژ باشد.
این فناوری همچنین با روندهای صنعتی بزرگتر همسو می شود تا:
معماری تجهیزات ساده شده
سیستمهای{0}}خودراننده
صرفه جویی در تعمیر و نگهداری
ماژول های فرآیند بسته
استفاده طولانی مدت
رهنمودهایی برای تحقیقات آینده
مفاهیم پمپاژ سیال مغناطیسی هنوز توسط چندین زمینه تحقیقاتی فعلی در حال پیشرفت هستند.
اینها عبارتند از؛
تنظیمات میدان مغناطیسی قوی تر
پایداری پیشرفته نانوذرات
ترتیبات بهینه لوله PTFE
سیستم های مغناطیسی هیدرودینامیکی هیبریدی
درایو مغناطیسی{0}}کم توان
با توجه به اهمیت روزافزون سیستمهای صنعتی با تعمیر و نگهداری فوقالعاده-کم-، علاقه به فناوریهای گردشی بدون قطعات متحرک مطمئناً توسعه خواهد یافت.
نتیجه گیری
مبدل حرارتی PTFE انتقال حرارت سیال مغناطیسی بدون فناوری قطعات متحرک، مفهومی آینده نگرانه را برای سیستم های گردش حرارتی کاملا مهر و موم شده ارائه می دهد که فقط توسط میدان های مغناطیسی خارجی هدایت می شوند. این دستگاهها میتوانند با چرخاندن فروسیالها از طریق مبدلهای PTFE بدون پروانه، مهر و موم یا چرخ دندههای متحرک داخلی، قابلیت اطمینان بیسابقهای را برای سیالات خطرناک و با خلوص{1} بالا فراهم کنند.
اگرچه فناوری موجود محدود به کاربردهای جریان و فشار نسبتاً متوسط است، خود این مفهوم بسیار جذاب است. لولههای PTFE بیاثر شیمیایی و سیالهای واکنشدهنده مغناطیسی، ایجاد حلقههای حرارتی مقاوم در برابر نشتی-مقاوم در برابر خوردگی- با کاهش شدید نیازمندیهای تعمیر و نگهداری را ممکن میسازند.
پمپاژ سیالات مغناطیسی یک زمینه هنوز جدید و بسیار تخصصی است، اما پاسخی زیبا به یکی از قدیمی ترین مسائل در پردازش صنعتی است: انتقال ایمن سیالات مضر. بنابراین در نهایت، پمپ آینده ممکن است هیچ قطعه متحرکی نداشته باشد.
