پتانسیل انتقال حرارت مبتنی بر سیالات مغناطیسی-برای مبدل‌های PTFE، حذف قطعات متحرک چیست؟

هر حلقه انتقال حرارت در گردش به پمپ، همراه با مهر و موم های مکانیکی، یاتاقان ها، شفت ها و سطوح سایش که در نهایت به تعهدات تعمیر و نگهداری تبدیل می شوند، بستگی دارد. در سیستم های شیمیایی خورنده، آن اجزاء اغلب اولین منبع نشت و آلودگی هستند. یک مفهوم نوظهور رویکرد کاملا متفاوتی را پیشنهاد می کند: اجازه دادن به خود سیال برای پاسخ مستقیم به یک میدان مغناطیسی، حذف سخت افزار پمپاژ معمولی به طور کامل.

یک فروسیال-مایع حاوی نانوذرات مغناطیسی معلق-می‌تواند از طریق یک مبدل حرارتی PTFE با استفاده از یک میدان مغناطیسی دوار خارجی هدایت شود. هیچ پروانه ای با مایع تماس ندارد. هیچ مهر و موم به سیستم نفوذ نمی کند. هیچ قطعه مکانیکی متحرکی جریان فرآیند را لمس نمی کند. نتیجه یک حلقه گردش حرارتی کاملاً مهر و موم شده با مقاومت فوق العاده در برابر نشت و خوردگی است.

مفهوم پشت سرمبدل PTFE انتقال حرارت سیال مغناطیسی بدون قطعات متحرکفن آوری نشان دهنده یک جهت بسیار تجربی اما بالقوه دگرگون کننده در پردازش حرارتی و مدیریت سیالات خطرناک است.

آشنایی با فروسیال

فروسیال یک سوسپانسیون کلوئیدی پایدار از ذرات مغناطیسی در مقیاس نانو است که در یک مایع حامل پراکنده شده اند.

ذرات مغناطیسی معمولاً عبارتند از:

نانو ذرات اکسید آهن

مواد مبتنی بر مگنت-

کلوئیدهای مغناطیسی تثبیت شده سطحی-

مایع حامل ممکن است شامل موارد زیر باشد:

آب

روغن مصنوعی

حلال های فلوئوردار

مایعات دی الکتریک ویژه

نانوذرات معلق می مانند زیرا سورفکتانت ها از تجمع و ته نشین شدن جلوگیری می کنند.

هنگامی که مایع در معرض میدان مغناطیسی قرار می گیرد، به عنوان یک سیال واکنش دهنده مغناطیسی رفتار می کند و در عین حال ویژگی های جریان خود را حفظ می کند.

این رفتار غیرعادی به سیستم های مغناطیسی خارجی اجازه می دهد تا حرکت سیال را بدون تماس مکانیکی فیزیکی دستکاری کنند.

نحوه عملکرد پمپ سیال مغناطیسی

در یک سیستم مبدل PTFE پیشنهادی، فروسیال کاملاً در داخل یک حلقه گردش مهر و موم محصور می ماند.

در خارج از لوله PTFE، یک مجموعه مغناطیسی دوار خارجی یک میدان مغناطیسی متحرک ایجاد می کند.

این آرایش مغناطیسی مانند استاتور یک موتور الکتریکی بدون جاروبک عمل می کند.

با چرخش میدان مغناطیسی، نیروهای مغناطیسی با نانوذرات معلق داخل فروسیال برهمکنش می‌کنند. مایع یک اثر کششی جهت دار را تجربه می کند و شروع به گردش در لوله های مبدل می کند.

آهنرباهای موجود در یک می توانند مایع را بدون نیاز به پروانه معمولی یا مهر و موم شفت بچرخانند.

تنها سطوح خیس شده، دیواره های لوله PTFE داخلی و اجزای مدار سیال مرتبط هستند.

چرا PTFE برای سیستم های فروسیال جذاب است؟

PTFE چندین ویژگی را ارائه می دهد که مفاهیم گردش سیال مغناطیسی را تکمیل می کند.

این موارد عبارتند از:

مقاومت شیمیایی استثنایی

عایق برق

سطوح غیر فعال-

ایمنی در برابر خوردگی

تمایل کم رسوب

از آنجایی که PTFE غیر فلزی و از نظر شیمیایی بی اثر است، سیالات تهاجمی می توانند به طور کامل از سیستم های مکانیکی خارجی جدا بمانند.

این امکان را ایجاد می کند:

حلقه های حرارتی مهر و موم شده هرمتیک

خطر نشت صفر

کاهش پتانسیل آلودگی

حداقل مسیرهای خوردگی

ترکیبی از محفظه PTFE و گردش مغناطیسی به ویژه برای محیط های فرآیندی بسیار خطرناک جذاب است.

حذف مهر و موم مکانیکی و بلبرینگ

پمپ‌های معمولی یکی از{0}}مستعدترین قطعات در سیستم‌های پردازش شیمیایی هستند.

مشکلات رایج عبارتند از:

نشتی مهر و موم

سایش بلبرینگ

خوردگی شفت

خرابی روغن کاری

آسیب ارتعاش

کاویتاسیون

این مسائل در هنگام رسیدگی به طور فزاینده جدی می شوند:

مواد شیمیایی سمی

مایعات رادیواکتیو

مایعات{0}فوق العاده خالص

اسیدهای خورنده

مایعات تخصصی گران قیمت

یک حلقه گردش کاملا مغناطیسی می تواند به طور بالقوه بسیاری از این حالت های خرابی را به طور کامل حذف کند.

عدم وجود سخت افزار خیس شده چرخان به طور چشمگیری مرز سیال را ساده می کند.

وعده حلقه های حرارتی مهر و موم شده هرمتیک

یکی از جذاب ترین جنبه هایمبدل PTFE انتقال حرارت سیال مغناطیسی بدون قطعات متحرکتکنولوژی امکان مهار کامل هرمتیک است.

زیرا نیروی گردش از خارج اعمال می شود:

هیچ شفت چرخشی به داخل محفظه نفوذ نمی کند

هیچ مهر و موم دینامیکی مورد نیاز نیست

نیازی به غدد بسته بندی نیست

هیچ سیستم روانکاری خارجی با سیال فرآیند تماس ندارد

این معماری یک مانع بسیار قوی در برابر نشت ایجاد می کند.

برای مایعات خطرناک، این ویژگی به تنهایی می تواند این فناوری را علی رغم محدودیت های عملکرد توجیه کند.

برنامه‌های بالقوه برای سیستم‌های نشتی صفر{{0}

اگرچه هنوز تجربی است، اما مفاهیم گردش سیال مغناطیسی ممکن است در نهایت کاربردهای صنعتی تخصصی پیدا کنند.

جابجایی مایعات رادیواکتیو

سیستم های هسته ای و رادیوشیمیایی نیازمند قابلیت اطمینان مهار فوق العاده ای هستند.

یک حلقه گردش کاملاً مهر و موم شده می تواند خطر انتشار محیط را کاهش دهد.

پردازش شیمیایی بسیار سمی

فرآیندهایی که شامل مواد شیمیایی کشنده یا بسیار واکنش پذیر هستند ممکن است از حذف مسیرهای مرسوم شکست مهر و موم سود ببرند.

سیستم‌های نیمه‌رسانا و-با خلوص بالا

برنامه های بسیار{0} تمیز ممکن است از کاهش تولید ذرات و خطر آلودگی بهره مند شوند.

سیستم های فضایی و راه دور

سیستم هایی که به عمر عملیاتی طولانی با حداقل تعمیر و نگهداری نیاز دارند، می توانند به طور بالقوه از کاهش پیچیدگی مکانیکی استفاده کنند.

ملاحظات عملکرد حرارتی

خود فروسیال باید از نظر حرارتی عملکردی داشته باشد و در عین حال پاسخ مغناطیسی را نیز حفظ کند.

این چندین چالش مهندسی را معرفی می کند.

انتخاب مایع حامل

مایع حامل باید:

ظرفیت حرارتی کافی

سازگاری شیمیایی

ویسکوزیته پایدار

تعلیق نانوذرات بلندمدت-

فروسیال همچنین باید از نظر شیمیایی با لوله‌های PTFE و هر رابط حرارتی جانبی{0}} سازگار باقی بماند.

پایداری نانوذرات

در طول دوره های عملیاتی طولانی، تجمع ذرات یا رسوب می تواند کاهش دهد:

پاسخگویی مغناطیسی

راندمان پمپاژ

ثبات انتقال حرارت

حفظ رفتار کلوئیدی پایدار یک تمرکز اصلی تحقیقاتی است.

محدودیت های فنی فعلی

علیرغم ظرافت مفهومی آن، این فناوری در حال حاضر با محدودیت های مهندسی قابل توجهی مواجه است.

قابلیت جریان و فشار محدود

نیروهای محرکه مغناطیسی در مقایسه با پمپ های مکانیکی معمولی نسبتا ضعیف باقی می مانند.

در نتیجه، سیستم های فعلی به طور کلی به موارد زیر محدود می شوند:

نرخ جریان پایین

عملکرد کم فشار

لوله با قطر کوچک-

حلقه های گردش جمع و جور

وظایف مبدل حرارتی صنعتی بزرگ فراتر از توانایی های فعلی باقی می ماند.

تلفات کوپلینگ مغناطیسی

انتقال نیروی مغناطیسی با فاصله به سرعت ضعیف می شود.

راندمان کوپلینگ به طور قابل توجهی کاهش می یابد به دلیل:

ضخامت دیواره لوله PTFE

شکاف های هوایی

تکیه گاه های سازه ای

مواد فاصله‌دار غیر مغناطیسی

این محدودیت نیروی عملی موجود برای حرکت سیال را محدود می کند.

چالش های بهره وری انرژی

تولید میدان های مغناطیسی دوار انرژی الکتریکی مصرف می کند.

کارایی کلی سیستم به شدت به موارد زیر بستگی دارد:

قدرت جفت مغناطیسی

ویسکوزیته فروسیال

هندسه مدار

تلفات حرارتی

در حال حاضر، پمپ‌های معمولی معمولاً برای بیشتر نیازمندی‌های جریان صنعتی دارای انرژی- کارآمدتری هستند.

نگرانی های سازگاری مواد

شیمی فروسیال باید با موارد زیر سازگار بماند:

لوله PTFE

مایع حامل

تثبیت کننده های نانو ذرات

شرایط عملیات حرارتی

هر گونه ناپایداری در تعلیق کلوئیدی ممکن است عملکرد بلند مدت- را کاهش دهد.

چرا فناوری هنوز مهم است

حتی با وجود محدودیت‌های فعلی، این تحقیق بسیار قابل توجه است زیرا برنامه‌های کاربردی خاصی قابلیت اطمینان مهار را بالاتر از کارایی اولویت‌بندی می‌کنند.

برای سیستم‌هایی که سیالات بسیار خطرناک را مدیریت می‌کنند، حذف آب‌بندهای مکانیکی ممکن است مزایای ایمنی را ارائه دهد که با پمپ‌های معمولی قابل دستیابی نیست.

در چنین محیط‌هایی، کاهش قرار گرفتن در معرض تعمیر و نگهداری و جلوگیری از نشت ممکن است از کاهش عملکرد پمپاژ بیشتر باشد.

این فناوری همچنین با روندهای صنعتی گسترده تر به سمت زیر هماهنگ است:

معماری تجهیزات ساده شده

سیستم های خودمختار

کاهش تعمیر و نگهداری

ماژول های فرآیند مهر و موم شده

عملیات طولانی-

جهت گیری های تحقیقاتی آینده

چندین حوزه تحقیقاتی فعال به پیشبرد مفاهیم پمپاژ سیال مغناطیسی ادامه می دهند.

این موارد عبارتند از:

هندسه میدان مغناطیسی قوی تر

تثبیت نانوذرات پیشرفته

تنظیمات لوله PTFE بهینه شده

سیستم های مغناطیسی هیدرودینامیکی هیبریدی

الکترونیک درایو مغناطیسی کم-قدرت

با توجه به اهمیت فزاینده سیستم‌های صنعتی{0}}پایین-، علاقه به فناوری‌های گردش آزاد متحرک-قسمت-به احتمال زیاد همچنان افزایش می‌یابد.

نتیجه گیری

مفهوم پشت سرمبدل PTFE انتقال حرارت سیال مغناطیسی بدون قطعات متحرکفناوری یک چشم انداز آینده نگرانه از سیستم های گردش حرارتی کاملاً مهر و موم شده ارائه می دهد که کاملاً توسط میدان های مغناطیسی خارجی هدایت می شوند. این سیستم‌ها با گردش فروسیال‌ها از طریق مبدل‌های PTFE بدون پروانه، مهر و موم یا سخت‌افزار متحرک داخلی، می‌توانند قابلیت اطمینان بی‌سابقه‌ای را برای سیالات خطرناک و با خلوص بالا- ارائه دهند.

اگرچه فناوری فعلی به برنامه‌های کاربردی نسبتاً کم-جریان و فشار کم-محدود است، اما اصل اساسی بسیار قانع‌کننده است. ترکیبی از لوله‌های PTFE بی‌اثر شیمیایی و سیال‌های واکنش‌دهنده مغناطیسی، احتمال نشت{3}}مقاوم در برابر خوردگی-حلقه‌های حرارتی با کاهش چشمگیر نیازمندی‌های تعمیر و نگهداری را ایجاد می‌کند.

پمپاژ سیالات مغناطیسی همچنان یک حوزه نوظهور و بسیار تخصصی است، اما نشان دهنده رویکردی زیبا برای یکی از قدیمی ترین چالش های پردازش صنعتی است: انتقال ایمن سیالات خطرناک. پمپ آینده ممکن است در نهایت هیچ قطعه متحرکی نداشته باشد.