Ķīmiskās apkures sistēmās sildīšanas plāksnes biezums dažreiz tiek uzskatīts par tīri mehānisku izmēru. Patiesībā tas var ietekmēt veidu, kā siltums pārvietojas no iekšējā sildelementa uz procesa šķidrumu.
Pārāk bieza plāksne var palielināt termisko pretestību un palēnināt temperatūras reakciju. Pārāk plāna plāksne var samazināt mehānisko stingrību vai radīt lielāku jutību pret lokālu sildīšanu.
Rūpniecisko ķīmisko vielu tvertnēm praktiskais dizaina jautājums ir, kā līdzsvarotsildīšanas ātrums, termiskā vienmērība, mehāniskā izturība un kalpošanas laiks.
Biezums maina termisko ceļu
Siltuma vadīšanu caur cietu slāni var vienkāršot šādi:
R=δ / (kA)
kurRir termiskā pretestība,δir materiāla biezums,kir siltumvadītspēja, unAir efektīva siltuma{0}}pārvades zona.
Palielinoties biezumam, vadīšanas ceļš kļūst garāks. Ja materiāls un apkures laukums paliek nemainīgs, termiskā pretestība palielinās.
Tas nenozīmē, ka plāna sildīšanas plāksne vienmēr uzkarsēs ātrāk. Iekšējā sildelementa izkārtojums, materiāla īpašības, siltuma plūsma, šķidruma cirkulācija un kopējā jauda ietekmē galīgo termisko reakciju.
Tāpēc biezums ir jāuzskata par daļu no visas termiskās struktūras.
Kāpēc ļoti plānas plāksnes var radīt citas problēmas?
Biezuma samazināšana var saīsināt siltuma{0}}pārvades ceļu, taču joprojām ir spēkā mehāniskās prasības.
Sildīšanas plāksnei, kas uzstādīta ķīmisko vielu tvertnē, var būt:
Termiskā izplešanās un kontrakcija
Peldspēja un šķidruma{0}}plūsmas spēki
Montāžas slodzes
Apstrāde apkopes laikā
Atkārtota temperatūras maiņa
Ķīmiskā iedarbība
Ja struktūra kļūst pārāk plāna, deformācija var radīt bažas.
Izkropļota plāksne var mainīt attālumu starp sildelementu un ārējo virsmu, radot nevienmērīgu virsmas temperatūru.
Tāpēc mērķis nav minimālais biezums, bet ganpietiekams biezums nepieciešamajiem mehāniskajiem un termiskajiem apstākļiem.
Biezums un siltuma plūsma darbojas kopā
Virsmas siltuma plūsma ir:
q″ = Q/A
Ja siltuma plūsma ir augsta, temperatūras starpība starp iekšējo apkures avotu un ārējo virsmu var kļūt lielāka.
Ja salīdzinoši biezs materiāls ar zemu siltumvadītspēju pārvadā lielu siltuma plūsmu, iekšējās temperatūras gradienti var kļūt izteiktāki.
Šis apsvērums īpaši attiecas uz aPTFE sildīšanas plāksne. PTFE nodrošina spēcīgu ķīmisko izturību daudzās agresīvās vidēs, taču tā siltumvadītspēja ir salīdzinoši zema salīdzinājumā ar metāliem.
Līdz ar to plāksnes biezums, elementu sadalījums un siltuma plūsma ir jānovērtē kopā, nevis jāizvēlas atsevišķi.
Noderīgs inženierijas salīdzinājums
| Plāksnes biezums | Termiskais ceļš | Atbildes tendence | Mehāniskais apsvērums | Tipisks dizaina fokuss |
|---|---|---|---|---|
| Tievs | Īss | Ātra atbilde | Stingrība un deformācija | Kompaktas instalācijas |
| Mērens | Līdzsvarots | Stabila reakcija | Labs strukturālais līdzsvars | Vispārējā ķīmiskā apkure |
| Biezs | Garš | Lēnāka reakcija | Lielāka stingrība | Strukturāli vai īpaši{0}}pienākumi |
Šis salīdzinājums ir kvalitatīvs. Faktiskā veiktspēja ir atkarīga no materiāla vadītspējas, sildīšanas jaudas, aktīvās zonas, šķidruma īpašībām un cirkulācijas.
Termisko viendabīgumu nekontrolē tikai biezums
Biezāka plāksne automātiski nerada vienmērīgāku sildīšanu.
Viendabīgums lielā mērā ir atkarīgs no tā, kā tiek sadalīti iekšējie sildelementi un cik efektīvi ķīmiskais šķidrums noņem siltumu no virsmas.
Piemēram, liela sildīšanas plāksne ar vienmērīgi sadalītiem sildelementiem un mērenu siltuma plūsmu var nodrošināt labāku temperatūras vienmērīgumu nekā plānāka plāksne ar ļoti koncentrētiem sildelementiem.
Svarīgs ir arī apkārtējais šķidrums.
Ar spēcīgu cirkulāciju siltums ātri tiek noņemts no virsmas. Stagnējošajos apstākļos pat labi-izstrādāta plāksne var izveidot siltāku robežslāni.
Reakcijas laikam ir nozīme neregulārā ražošanā
Biezums kļūst svarīgāks, ja process prasa biežas temperatūras izmaiņas.
Apšuvuma vai ķīmiskās apstrādes tvertne, kas darbojas nepārtraukti, var izturēt lēnāku termisko reakciju, jo sildīšanas plāksne paliek stabila darbības stāvokļa tuvumā.
Intermitējošam procesam var būt nepieciešama ātra atveseļošanās pēc dīkstāves periodiem. Šādā situācijā pārmērīga termiskā masa vai vadītspējas pretestība var aizkavēt reakciju.
Tomēr agresīva biezuma samazināšana, lai panāktu ātrāku sildīšanu, var palielināt termisko ciklu stresu.
Tāpēc vēlamajam dizainam ir jāatbilst faktiskajam ražošanas ciklam, nevis jāpalielina tikai sildīšanas ātrums.
Apsveriet pilno termisko struktūru
Novērtējot sildīšanas plāksnes biezumu, kopā jāņem vērā vairāki izmēri:
Sildelements → iekšējā struktūra → plāksnes materiāls → ārējā virsma → ķīmiskais šķidrums
Katrs slānis veicina kopējo siltuma pretestību.
Vienkāršotu sērijas modeli var uzrakstīt šādi:
Rkopā=Rinternal + Rplate + Ršķidrums
Galīgā šķidruma temperatūras reakcija ir atkarīga no visa ceļa, nevis tikai no plāksnes biezuma.
Tas ir īpaši svarīgi, izvēloties {0}korozijizturīgus materiālus ķīmisko vielu tvertnēm, kur siltumvadītspējai un ķīmiskajai saderībai var būt konkurējošas prasības.
Biezumam jāatbilst pielietojumam
Ķīmiskās apkures sistēmām optimālais sildīšanas plāksnes biezums parasti ir kompromiss.
Pārāk liels biezums var palielināt termisko pretestību un lēnu reakciju. Pārāk mazs biezums var apdraudēt stingrību un{1}}dimensiju stabilitāti ilgtermiņā.
Tāpēc jāapsver praktisks dizainssiltuma plūsma, materiāla siltumvadītspēja, aktīvā sildīšanas zona, mehāniskā slodze, darba temperatūra, siltuma cikls un ķīmiskā videkopā.
Ja ir nepieciešama pielāgota sildīšanas plāksne, līdzās tvertnes izmēriem un ķīmiskajiem apstākļiem jānorāda vēlamais sildīšanas laiks un temperatūras vienmērīgums. Tas ļauj izvēlēties plāksnes biezumu kā daļu no pilnīgas termiskās un mehāniskās konstrukcijas, nevis kā izolētu izmēru parametru.
