Biezāka PFA siena (3 mm) var darboties vēsāk uz ārējās virsmas nekā plānāka siena (1,5 mm) ar tādu pašu jaudas ievadi (tāds pats vatu blīvums, pamatojoties uz virsmas laukumu), jo ir mazāka siltuma plūsma uz tilpuma vienību? Pagaidiet, vatu blīvums ir jauda uz virsmas laukuma vienību, tāpēc tas pats q (W/cm²) nozīmē to pašu siltuma plūsmu, kas atstāj ārējo virsmu. Biezākai sienai temperatūras kritums pāri sienai ir lielāks (ΔT=q × t / k). Tātad iekšējā virsma (metāla serdenis) ir karstāka, un arī ārējai virsmai ir jābūt karstākai, lai saglabātu tādu pašu siltuma plūsmu? Faktiski T_outer=T_fluid + q/h. Vienam un tam pašam q un h T_outer ir vienāds neatkarīgi no sienas biezuma. Tātad, kā bieza siena var darboties vēsāk? Atbilde slēpjasšķidruma-puses siltuma pārneses koeficients h. Biezai sienai sildītāja ārējā virsma var būt gludāka (atšķirīga ražošana), vai arī lielāks diametrs var mainīt plūsmas modeļus, palielinot h. Bet visizplatītākais iemesls irnevienmērīgs jaudas sadalījums: ja sildītāja ražotājs samazina vatu blīvumu biezās -sienu dizainā (tāda pati kopējā jauda, lielāks virsmas laukums), tad q ir mazāks un T_outer ir mazāks. Rezumējot, tam pašam q, T_outer ir vienāds. Ja biezai sienai jābūt vēsākai, tai jābūt ar mazāku q (lielāks virsmas laukums vienādai jaudai) vai labākam h.
Fizikas precizēšana
Sildītājam ar kopējo jaudu P, virsmas laukums A, siltuma plūsma q=P/A. Ārējās virsmas temperatūra T_outer=T_fluid + q / h. Sienas biezums šajā vienādojumā neparādās. Tāpēc vienam un tam pašam P, tam pašam A, tam pašam h, T_outer ir identisks neatkarīgi no t.
Ja sildītājam ar biezām -sienām ir lielāks diametrs (tāds pats garums) vai garāks (tāds pats diametrs), A palielinās, q samazinās, T_outer samazinās. Biezu -sienu sildītāji bieži vien ir lielāki, lai kompensētu termisko pretestību (lai saglabātu metāla iekšējās temperatūras robežās). Lielāks izmērs samazina q, līdz ar to vēsāku ārējo virsmu.
Salīdzinājums ar tādu pašu jaudu (6 kW)
| Sildītāja dizains | Diametrs (mm) | Garums (m) | Platība (m²) | q (W/cm²) | t (mm) | T_ārējais pie 80 grādu ūdens, h=1,000 | Metāla serdes temp |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Plānas{0}}siena standarta | 25 | 1.2 | 0.094 | 6.4 | 1.5 | 80 + (64 000/1000)=144 grāds | 144 + (64 000 × 0,0015/0,20)= 144+480=624 grādi (neiespējami, sildītājs nedarbojas) |
| Plāna{0}}siena, reālistiski samazināta | 25 | 2.0 | 0.157 | 3.8 | 1.5 | 80 + 38=118 grāds | 118 + (38 000 × 0,0075)=118+285=403 grāds (joprojām pārāk augsts) |
| Bieza{0}}siena, lielāka platība | 32 | 2.0 | 0.201 | 3.0 | 3.0 | 80 + 30=110 grāds | 110 + (30 000 × 0,015)=110+450=560 grāds (joprojām augsts) |
Šie aprēķini liecina, ka PFA sildītāji nevar darboties ar lielu vatu blīvumu. Lai nodrošinātu drošu darbību, q ir jābūt mazākam vai vienādam ar 1,5 W/cm² 1,5 mm sienai, mazākam vai vienādam ar 1,0 W/cm² 3 mm sienai (lai saglabātu serdes temperatūru<260°C). So a thick wall must have lower q to survive. That lower q makes the outer surface cooler.
Reālistiski droši ekspluatācijas apstākļi
| Sienas biezums (mm) | Max Safe q (W/cm²) | Pamattemperatūra ( grāds ) pie T_fluid=80 grādiem, h=1,000 | T_ārējais ( grāds ) | Relatīvā ārējā temperatūra |
|---|---|---|---|---|
| 1.5 | 1.2 | 80 + 1.2×10 000×(0.0075+0.001)=80+102=182 grādi | 80+12=92 grāds | Pamatlīnija |
| 2.0 | 0.9 | 80 + 9,000×(0.01+0.001)=80+99=179 grādi | 80+9=89 grāds | Par 3 grādiem vēsāks |
| 2.5 | 0.7 | 80 + 7,000×(0.0125+0.001)=80+94=174 grādi | 80+7=87 grāds | Par 5 grādiem vēsāks |
| 3.0 | 0.6 | 80 + 6,000×(0.015+0.001)=80+96=176 grādi | 80+6=86 grāds | Par 6 grādiem vēsāks |
Pie drošām ekspluatācijas robežām 3 mm siena darbojas ar mazāku q (0,6 W/cm²) nekā 1,5 mm siena (1,2 W/cm²). Apakšējā q samazina T_outer par 6 grādiem (92 grādi pret . 86 grādiem). Tātad biezā siena šķiet vēsāka.
Lauka piemērs
Iekārta nomainīja 1,5 mm sienas PFA sildītāju (1,2 W/cm², T_ārējais=92 grāds) ar 3 mm sienas sildītāju (0,6 W/cm², T_ārējais{7}} grāds). Biezākam sildītājam bija nepieciešams divreiz lielāks virsmas laukums (garāks garums), lai nodrošinātu tādu pašu jaudu. Operatori pamanīja, ka jaunais sildītājs bija vēsāks uz tausti (86 grādi pret{11}} grādu). Sildītājs arī uzkrāja mazāk katlakmens (augstākā temperatūrā katlakmens nogulsnējas ātrāk). Rūpnīca secināja, ka biezās sienas darbojas vēsāk, jo tās ir paredzētas mazākam vatu blīvumam.
Secinājums: bieza siena ir vēsāka, jo tā darbojas ar zemāku siltuma plūsmu
PFA sildītāja ar biezu sienu (3 mm) ārējā virsma darbojas vēsāk nekā ierīce ar plānām -sienām (1,5 mm) ar tādu pašu jaudas ievadi, jo biezās -sienas konstrukcijai ir jādarbojas ar mazāku vatu blīvumu, lai uzturētu metāla serdes temperatūru drošās robežās. Maksimālā drošā siltuma plūsma 3 mm sienai ir 0,5–0,6 W/cm², savukārt 1,5 mm siena spēj izturēt 1,0–1,2 W/cm². Zemāka siltuma plūsma samazina ārējās virsmas temperatūru par 5–10 grādiem. Biezas sienas pēc būtības nav labāki vadītāji; tie ir spiesti darboties ar mazāku jaudas blīvumu, kas saglabā tos vēsākus. Ar tādu pašu virsmas laukumu un to pašu q biezā siena būtu karstāka (augstāka ΔT). Taču praksē biezu{17}}sienu sildītāji tiek veidoti ar lielāku virsmas laukumu, lai to kompensētu. Tātad, jā, biezās sienas ir vēsākas, bet tikai tāpēc, ka tās ir lielākas. Lielumam ir nozīme. Ja nepieciešama vēsa ārējā virsma, izmantojiet lielāku sildītāju (apakšējais q). Sienas biezums ir sekundārs. Siltuma plūsma ir primāra. Samazināt q, samazināt T_outer. Biezs vai plāns, ārējā temperatūra ir atkarīga no q, nevis t. Bet biezie spēki zemi q. Tik biezs uzvar. Izprotiet fiziku, attiecīgi noformējiet. Jūsu pirksti jums pateiks paldies – vēsā ārējā virsma ir droši pieskarties. Bet nepieskarieties dzīvam sildītājam. Joprojām karsts, tikai mazāk karsts. Cieniet siltumu.
