Metāla apdares rūpnīca uzstādīja identiskus 5 kW PTFE iegremdējamos sildītājus divās vienāda izmēra un ķīmiskās tīrīšanas tvertnēs. Viena tvertne izmantoja gaisa izsmidzināšanu ar ātrumu 2 CFM uz lineāro metru. Otra paļāvās uz laiku pa laikam manuālu maisīšanu. Abi sildītāji darbojās ar 1,4 W/cm². Izpūstais sildītājs kalpoja četrus gadus. Nejauktais sildītājs sabojājās vienpadsmit mēnešu laikā. Tāda pati jauda. Tā pati vanna. Dažāda plūsma.
Maisīšanas ātrums ir mainīgais, kas pārvērš nominālā vatu blīvuma specifikāciju faktiskā drošā darbības stāvoklī. Vatu blīvuma skaitlis datu lapā uzņemas zināmu bāzes līniju. Ja faktiskā plūsma pie sildītāja nokrītas zem šī pieņēmuma, drošais vatu blīvums samazinās-un sildītājs maksā cenu.
Robežslānis: kur faktiski notiek siltuma pārnese
Siltums atstāj sildītāju caur plānu šķidruma plēvi, ko sauc par termisko robežslāni. Šajā slānī siltums pārvietojas vadīšanas, nevis konvekcijas ceļā. Jo plānāks slānis, jo ātrāk izplūst siltums un zemāka ir sildītāja virsmas temperatūra noteiktam vatu blīvumam.
Plūsmas ātrums kontrolē robežslāņa biezumu. Pie 0,5 m/s slānis var būt mazāks par 1 mm. Pie 0,05 m/s-faktiski stāvošs-tas var izaugt līdz 3–5 mm. Biezāks slānis nozīmē lielāku termisko pretestību, kas nozīmē augstāku sildītāja virsmas temperatūru pie tādas pašas jaudas.
Attiecības nav lineāras. Plūsmas ātruma samazināšana uz pusi nedubulto robežslāņa biezumu. Taču zemā ātruma diapazonā, kas ir raksturīgs slikti sajauktām pārklājuma tvertnēm, nelielas plūsmas izmaiņas rada lielas siltuma pārneses izmaiņas. Tāpēc sildītājs, kas labi darbojas vienā tvertnē, priekšlaicīgi sabojājas citā ar identisku vatu blīvumu, bet vājāku maisīšanu.
| Vietējais plūsmas ātrums | Robežslāņa biezums | Siltuma pārneses koeficients | Sildītājs ΔT pie 1,2 W/cm² | Drošs vatu blīvums |
|---|---|---|---|---|
| >0.5 m/s | <1 mm | Augsts | 6-10 grādi | 1,6–2,0 W/cm² |
| 0.2–0.5 m/s | 1-2 mm | Vidēji – augsts | 10-16 grādi | 1,3–1,6 W/cm² |
| 0.1–0.2 m/s | 2-3 mm | Mērens | 16-24 grādi | 1,0–1,3 W/cm² |
| <0.05 m/s | 3-5 mm | Zems | 24-40 grādi | 0,6–0,9 W/cm² |
Plūsmas ātruma un vatu blīvuma attiecības ūdens procesa vannām 50–80 grādu temperatūrā
Kāpēc tvertnes-līmeņa maisīšana nav vienāda ar sildītāja-līmeņa plūsmu
Izplatīta specifikācijas kļūda ir pieņēmums, ka tvertnes sakustinājums sasniedz sildītāju. Izsmidzināšanas caurules ir novietotas tā, lai šķidrums pārvietotos ap sagatavēm, nevis ap sildītājiem. Pedagogi ir vērsti uz procesa zonu. Sildītājs atrodas stūrī, aiz plaukta vadotnes vai zem pārneses mehānisma, kur plūsma ir daļa no kopējās vidējās vērtības.
Lauka mērījumi pārklājuma tvertnēs konsekventi liecina, ka vietējais ātrums pie sildītāja virsmas ir par 30–70% mazāks nekā tvertnes -vidējais ātrums. Mirušajās zonās-stūros, aiz deflektoriem, zem ķermeņiem-tas var būt par 80–90% zemāks.
Tāpēc vatu blīvuma izvēle, pamatojoties uz tvertnes{0}}līmeņa maisīšanu, pārvērtē drošo robežu. Sildītājs darbojas plūsmas vidē, kas ir ievērojami sliktāka nekā lielapjoma tvertnes stāvoklis. Vatu blīvums, kas darbojas galvenajā skaļumā, neizdodas pie sildītāja.
Maisīšanas metodes un to sasniedzamība
Dažādas maisīšanas metodes nodrošina dažādus plūsmas raksturlielumus uz sildītāja virsmas.
Gaisa izsmidzināšana ir visizplatītākā metode. Tas ir efektīvs lielapjoma sajaukšanā, bet rada lokālu turbulenci pie izsmidzināšanas caurules, kas samazinās ar attālumu. Sildītājs, kas novietots 300 mm attālumā no izplūdes atveres, var redzēt tikai 20–30% no ātruma, kas izmērīts pie caurules.
Skolotāju cirkulācija nodrošina virzītāku plūsmu. Sprausla, kas vērsta uz sildītāja virsmu, nodrošina koncentrētu strūklu, kas saglabā ātrumu lielākā attālumā. Šī ir visefektīvākā metode plūsmas uzlabošanai noteiktā vietā.
Apstrādājamā priekšmeta kustība-stobra rotācija vai statīva svārstības-veicina masveida sajaukšanos, taču reti rada nozīmīgu ātrumu pie sildītāja virsmas, ja vien sagataves nešķērso sildītāja tuvumā.
Sūkņa recirkulācija ar speciālu sildītāja nodalījumu nodrošina vienmērīgāko plūsmu. Neliels sūknis izsūcas no tvertnes un izplūst pāri sildītājam, saglabājot nemainīgu ātrumu neatkarīgi no cita veida maisīšanas. Šis izkārtojums ir izplatīts lielās pārklājuma tvertnēs, kur sildītāja uzticamība ir kritiska.
| Maisīšanas metode | Ātrums pie sildītāja (attālums 300 mm) | Iespējama vatu blīvuma palielināšana | Aprīkojuma izmaksas | Labākā lietojumprogramma |
|---|---|---|---|---|
| Nekādas ažiotāžas | <0.05 m/s | Pamatlīnija | Nav | Nav ieteicams |
| Gaisa izsmidzināšana, vispārīga | 0.05–0.1 m/s | +0.1–0,2 W/cm² | Zems | Mazas tvertnes |
| Gaisa izsmidzināšana, virzīta | 0.1–0.2 m/s | +0.2–0,3 W/cm² | Zems | Lielākā daļa pārklājuma tvertņu |
| Pedagogs pie sildītāja | 0.3–0.5 m/s | +0.3–0,5 W/cm² | Mērens | Viskozas vannas |
| Īpaša recirkulācija | 0.4–0.6 m/s | +0.4–0,6 W/cm² | Augstāks | Kritiskās lietojumprogrammas |
Ātruma un vatu blīvuma dati no lauka mērījumiem apšuvuma un ķīmiskās apstrādes tvertnēs
Vatu blīvuma atbilstība faktiskajam sildītāja{0}}līmeņa plūsmai
Praktiskā pieeja ir izmērīt vai novērtēt plūsmas ātrumu sildītāja vietā, nevis tvertnes vidējo. Ja mērījums ir nepraktisks, izmantojiet piesardzīgus aprēķinus, pamatojoties uz sildītāja stāvokli un maisīšanas metodi.
Sildītājam stūrī ar tikai vispārēju smidzināšanu pieņem 0,05–0,1 m/s. Sildītājam galvenajā plūsmas ceļā ar virzītu smidzināšanu pieņem 0,2–0,3 m/s. Sildītājam ar īpašu izvadītāju vai recirkulāciju pieņem 0,3–0,5 m/s.
Atlasiet vatu blīvumu attiecīgajā rindā augstāk esošajā tabulā. Ja vajadzīgā virsmas laukums ar šo vatu blīvumu pārsniedz pieejamo tvertnes platību, ir iespējams uzlabot maisīšanu, samazināt kopējo jaudu vai izmantot pielāgotu sildītāja konfigurāciju, kas nodrošina lielāku virsmas laukumu.
Plūsmas uzlabošana bez būtiskām izmaiņām
Neliela izvadīšanas sprausla, kas novietota 150–250 mm attālumā no sildītāja un vērsta gar sildītāja virsmu, var palielināt lokālo ātrumu no nemainīga līdz 0,3–0,5 m/s. Sprauslu var darbināt ar nelielu sūkni vai saspiestu gaisu, un uzstādīšanas izmaksas ir nelielas, salīdzinot ar neveiksmīga sildītāja nomaiņu katru gadu.
Perforēta izplūdes caurule, kas atrodas tieši zem vertikāli uzstādīta sildītāja, rada burbuļu aizkaru, kas slauka sildītāja virsmu. Tas ir mazāk efektīvs nekā audzējs, taču tam ir nepieciešams tikai saspiesta gaisa savienojums un perforētas caurules garums.
Vienkāršākais uzlabojums ir sildītāja pārvietošana galvenajā cirkulācijas ceļā, -ja to atļauj tvertnes izkārtojums-. Sildītāja pārvietošana no stūra uz vietu 100–150 mm attālumā no izplūdes caurules var dubultot vietējo ātrumu bez aprīkojuma izmaksām.
Kad standarta sildītāji nevar atbilst plūsmas realitātei
Tvertnēs ar sarežģītu iekšējo stiprinājumu un ierobežotu maisīšanu bieži vien nevar ievietot standarta PTFE iegremdējamos sildītājus ar tādu vatu blīvumu, kāds nepieciešams faktiskajam sildītāja -līmeņa plūsmai. 5 kW jaudai pie 0,8 W/cm² ir nepieciešams vairāk nekā 6000 cm² sildītāja virsmas-vairāk nekā viens sildītājs nodrošina tipisku tvertnes izmēru.
Pielāgota PTFE iegremdējamā sildītāja konfigurācija ar plūsmas-optimizētu pozīciju, īpašu izvadītāju un zemāku vatu blīvumu novērš plūsmas bada galveno cēloni. Specifikācijas procesā ir nepieciešami tvertnes izmēri, maisīšanas metode, sildītāja novietojums attiecībā pret plūsmas avotiem, vannas ķīmija un nepieciešamā jauda. Iekārtām, kurās tiek darbinātas vairākas tvertnes ar dažādiem maisīšanas apstākļiem, šī lietojumprogrammas -specifiskā pieeja pielāgo vatu blīvumu faktiskajai plūsmas videi sildītājā, nevis nominālajam tvertnes stāvoklim.
