Wat is tegenstroomuitwisseling?

Tegenstroomuitwisseling is een zeer efficiënt, natuurlijk voorkomend fenomeen van thermische of chemische overdracht tussen vloeistoflichamen.Dit proces vindt plaats door een geleidend oppervlak in het geval van warmte of een gedeeltelijk permeabel membraan in het geval van chemische uitwisseling.In tegenstroomuitwisselingen stromen de donor- en ontvangervloeistof altijd in tegengestelde richtingen, een kenmerk dat het proces zowel zijn efficiëntie als zijn naam leent.Tegenstroomuitwisseling wordt gevonden in veel biologische systemen zoals zoogdiernieren, vogellongen en viskieuwen en is een veelgebruikt industrieel chemisch en thermisch overdrachtssysteem.Een vergelijkbaar systeem is het gelijktijdige uitwisselingsproces dat minder effectief is en overdrachten tussen vloeistoffen die in dezelfde richting stromen.

De uitwisseling van thermische energie of gesuspendeerde stoffen tussen stromende vloeistoffen is een veel voorkomend fenomeen, zowel in de natuur als in de industrie.Deze huidige stroomuitwisselingen kunnen worden onderverdeeld in twee groepen: gelijktijdig en tegenstroom.Beide omvatten het uitwisselen van warmte of gesuspendeerde chemicaliën tussen vloeistoffen die in aangrenzende vaten stromen, hetzij via geleidende oppervlakken of semi-permeabele membranen, respectievelijk.Terwijl de vloeistoffen over hun gedeelde gebieden stromen, stromen warmte en chemicaliën van nature van gebieden met hoge naar lage concentratie totdat het evenwicht is bereikt.Het is dit kenmerk van elementaire overdracht die de tegenstroomuitwisselingsmethode de effectievere van de twee maakt.

Het proces van zuurstofoverdracht in de kieuwen van een vis is een goed voorbeeld van de voordelen van tegenstroomuitwisseling.Omdat zuurstofarme bloed een tegengestelde stroom van zuurstofrijk water ontmoet, begint de zuurstof uit het water en in de bloedstroom te diffunderen.Dit zorgt ervoor dat de concentratie van zuurstof in het water daalt en dat in het bloed stijgt.Vanwege het feit dat de stroomrichtingen worden tegengewerkt, zal het bloed altijd over water stromen met een hogere concentratie zuurstof en de uitwisseling zal doorgaan totdat de stromen uiteenlopen.In gelijktijdige stromen stromen de twee vloeistoffen echter in dezelfde richting en bereikt de relatie tussen concentraties snel een evenwicht, waardoor de uitwisseling effectief wordt gestopt.

Dit betekent dat in tegenstelling tot de gelijktijdige variant, tegenstroomuitwisselingssystemen het relevante element overdragen over het relevante element over het relevante element overdragenVolledig uitwisselingsgebied voor meer efficiëntie.Deze efficiëntie maakt meestal overdrachtswaarden van 100% mogelijk, waarbij de ontvangerstroom het systeem verlaat met dezelfde concentratie van warmte of chemicaliën als die van de donorstroom.Hetzelfde kan echter niet worden gezegd van gelijktijdige uitwisselingen, met gemiddelde overdrachtswaarden die in de regio van 50%worden uitgevoerd.Dit maakt de tegenstroomuitwisselingsmethode geschikt voor industriële processen zoals regeneratieve warmte -uitwisseling en biologische overdrachtsmethoden inclusief nier- en longfuncties.