PTFE iegremdējamais sildītājs, kura jauda ir 1,5 vati uz kvadrātcentimetru labi-sakustinātā ūdens vannā, ātri pārkarst un neizdosies, ja tādu pašu vatu blīvumu izmantos biezā eļļā. Atšķirība nav sildītājā, bet gan šķidruma spējā pārnest siltumu. Lai nodrošinātu drošu un uzticamu sildītāja specifikāciju, ir svarīgi saprast, kāpēc tas notiek.
Šķidruma loma siltuma pārnesē
Maksimālā pieļaujamā jauda uz laukuma vienību PTFE sildītājam nav fiksēta vērtība. Tā vietā,vatu blīvuma ierobežojuma šķidruma siltumvadītspējas PTFE sildītājsir tieši atkarīgs no tā, cik efektīvi apkārtējā vide absorbē un transportē siltumu prom no apvalka.
Ūdenim ir salīdzinoši augsta siltumvadītspēja (aptuveni 0,6 W/m·K) un zema viskozitāte, kas veicina enerģisku dabisko konvekciju. Šīs īpašības ļauj ātri noņemt siltumu no sildītāja virsmas, nodrošinot vatu blīvumu līdz 1,5 W/cm² tipiskos iegremdēšanas apstākļos.
Smagās eļļas, sintētiskie siltuma pārneses šķidrumi un polimēri darbojas atšķirīgi. To siltumvadītspēja bieži ir 0,1–0,2 W/m·K robežās. Apvienojumā ar augstu viskozitāti šie šķidrumi nomāc dabisko konvekciju. Ap PTFE apvalku veidojas stagnējošs, izolējošs robežslānis, lokāli aizturot siltumu.
Sliktas siltumvadītspējas sekas
Ja robežslānis nevar pietiekami ātri novadīt siltumu, temperatūra pie apvalka virsmas strauji paaugstinās. Lai gan pašam PTFE maksimālā nepārtrauktā darba temperatūra ir aptuveni 110 grādi, iekšējās pretestības vads normālos apstākļos darbojas daudz karstāk. Pārmērīgs vatu blīvums liek stieples temperatūrai pārsniegt drošās robežas, paātrinot izolācijas noārdīšanos un izraisot priekšlaicīgu sildītāja atteici.
Praksē šķidruma siltuma raksturs nosaka sildītāja jaudas griestus. Izplatīta kļūda ir eļļas sildītāja izmēra noteikšana, pamatojoties uz ūdens{1}}noteikumiem, pieņemot, ka ir pieņemams vienāds vatu blīvums.
Droša vatu blīvuma vadlīnijas zemas{0}}vadītspējas šķidrumiem
Ūdens-šķīdumiem ar atbilstošu maisīšanu maksimālais vatu blīvums 1,5 W/cm² kalpo kā standarta etalons. Tomēr negāzētajām eļļām un daudziem polimēru kausējumiem robeža krasi samazinās līdz aptuveni 0,5 W/cm².
Ieteicamie samazināšanas diapazoni
Eļļas un ne{0}}maisīti polimēri:maksimālais vatu blīvums 0,3–0,8 W/cm² atkarībā no precīzām šķidruma īpašībām.
Viskozi vai stagnējoši šķidrumi:ieteicama diapazona apakšējā robeža (0,3–0,5 W/cm²).
Augstākas vērtības (0,6–0,8 W/cm²):var apsvērt tikai tad, ja tiek ieviesta mehāniska maisīšana.
Mehāniskās maisīšanas loma
Viskoziem šķidrumiem ārējais maisījums kļūst kritisks. Piespiedu konvekcija nojauc izolācijas robežslāni un uzlabo siltuma pārnesi. Tomēr pat ar satraukumuvatu blīvuma ierobežojuma šķidruma siltumvadītspējas PTFE sildītājsšķidruma siltumvadītspējas griestu dēļ paliek zemāka nekā ūdenim.
Kāpēc iekšējā stieples temperatūrai ir nozīme
PTFE apvalks aizsargā iekšējās pretestības vadu no ķīmiskas iedarbības un elektriskās noplūdes. Tomēr PTFE salīdzinājumā ar metāliem ir siltumizolators. Siltumam, kas rodas stieplē, jāšķērso apvalka siena, pēc tam caur robežslāni jānokļūst lielapjoma šķidrumā. Ja robežslānis pretojas siltuma plūsmai, stieples temperatūra paaugstinās nesamērīgi.
PTFE sildītājs, kas darbojas ar 1,5 W/cm² ūdenī, var uzturēt stieples temperatūru krietni zem bīstamā līmeņa. Viens un tas pats sildītājs eļļā ar tādu pašu vatu blīvumu var paaugstināt stieples temperatūru daudz virs 200 grādiem, izraisot ātru pretestības sakausējuma oksidēšanos un iespējamu atvērtas-ķēdes atteici.
Praktiski ieteikumi sildītāja izvēlei
Vienmēr raksturojiet šķidruma siltumvadītspēju.Ja dati nav pieejami, ieteicams veikt konservatīvu vērtības samazināšanu.
Eļļām un polimēriem sāciet ar 0,5 W/cm²kā maksimums. Samaziniet vēl vairāk ļoti viskoziem vai stagnējošiem apstākļiem.
Iekļaujiet mehānisko maisīšanuja iespējams, lai uzlabotu siltuma pārnesi un atļautu nedaudz lielāku vatu blīvumu 0,6–0,8 W/cm² diapazonā.
Neuzskatiet, ka tiek piemēroti ūdens{0}}vatu blīvuma ierobežojumizemas -vadītspējas šķidrumiem. Šis pieņēmums ir galvenais priekšlaicīgas sildītāja atteices cēlonis.
Secinājums
Sildītājs un šķidrums veido termisku partnerību. Neviens PTFE sildītājs nevar droši darboties, pārsniedzot apkārtējās vides siltuma noņemšanas spēju. Apzinoties, kā siltumvadītspēja ierobežo konvektīvo siltuma pārnesi, ir pirmais solis droša vatu blīvuma iestatīšanā PTFE sildītājam. Izvēloties vatu blīvumu, kas respektē šķidruma siltuma-pārvades spēju, tieši ietekmē sildītāja kalpošanas laiku, novēršot pārkaršanu, izolācijas bojājumus un dārgas dīkstāves. Zemas -vadītspējas šķidrumiem, piemēram, eļļām un polimēriem, samazinājums līdz 0,3–0,8 W/cm²-kombinācijā ar maisīšanu, ja iespējams,{10}}nodrošina uzticamu ilgtermiņa{11}}darbspēju.
