Co to jest wymiana przeciwprądowa?

Wymiana przeciwprądowa jest wysoce wydajnym, naturalnie występującym zjawiskiem transferu termicznego lub chemicznego między ciałami płynnymi.Proces ten odbywa się przez powierzchnię przewodzącą w przypadku ciepła lub częściowo przepuszczalną błonę w przypadku wymiany chemicznej.W wymianie przeciwprądowych płyn dawcy i biorcy zawsze przepływają w przeciwnych kierunkach, co nadaje proces zarówno jego wydajności, jak i jego nazwie.Wymiana przeciwprądowa występuje w wielu systemach biologicznych, takich jak nerki ssaków, płuca ptaków i skrzela rybne i jest powszechnie stosowanym przemysłowym systemem przenoszenia chemicznego i termicznego.Podobnym systemem jest równoczesny proces wymiany, który jest mniej skuteczny i cechuje transfery między płynami płynącymi w tym samym kierunku.

Wymiana energii cieplnej lub zawieszonych substancji między płynnymi płynami jest powszechnym zjawiskiem zarówno w przyrodzie, jak i w branży.Te obecne wymiany przepływu można podzielić na dwie grupy: równoczesne i kontrprądowe.Oba obejmują wymianę ciepła lub zawieszone chemikalia między płynami płynącymi w sąsiednich naczyniach odpowiednio przez powierzchnie przewodzące lub membrany półprzepuszczalne.Gdy płyny przepływają przez ich wspólne obszary, ciepło i chemikalia naturalnie przepływają z obszarów wysokich do niskich stężeń, aż do osiągnięcia równowagi.To charakterystyczne dla transferu elementarnego czyni metodę wymiany przeciwprądowej, jest bardziej skuteczny z tych dwóch.

Proces transferu tlenu w skrzepach ryb jest dobrym przykładem korzyści płynących z wymiany przeciwprądowej.Gdy biedna krew z tlenem spotyka przeciwny przepływ wody bogatej w tlen, tlen zaczyna rozpraszać się z wody i do krwiobiegu.Powoduje to spadek stężenia tlenu w wodzie i wzrost krwi.Ze względu na fakt, że kierunki przepływu są przeciwne, krew zawsze będzie płynąć nad wodą o wyższym stężeniu tlenu, a wymiana będzie kontynuowana do momentu rozbieżności przepływów.Jednak w przepływach równoczesnych dwa płyny przepływają w tym samym kierunku, a związek między stężeniami szybko osiąga równowagę, tym samym skutecznie zatrzymując wymianę.

Oznacza to, że w przeciwieństwie do współbieżnego wariantu, systemy wymiany przeciwprądowej nadal przenoszą odpowiedni element nad elementem nadObszar pełnej wymiany dla większej wydajności.Wydajność ta zwykle pozwala na wartości transferu 100%, a przepływ biorcy wychodzi z tego samego stężenia ciepła lub chemikaliów, co przepływ dawcy.Tego samego nie można powiedzieć o współbieżnych wymian, jednak ze średnimi wartościami transferu działającymi w regionie 50%.To sprawia, że metoda wymiany przeciwprądowej jest odpowiednia dla procesów przemysłowych, takich jak regeneracyjna wymiana ciepła i metody transferu biologicznego, w tym funkcje nerek i płuc.