Egy fémfeldolgozó üzem azonos 5 kW-os PTFE merülő fűtőtesteket telepített két azonos méretű és kémiai összetételű tisztítótartályba. Egy tartályban 2 CFM/lineáris méter levegőt használtak. A másik alkalmanként kézi keverésre támaszkodott. Mindkét fűtőtest 1,4 W/cm² teljesítménnyel működött. A bepárolt fűtőberendezés négy évig bírta. A keveretlen fűtőberendezés tizenegy hónap alatt meghibásodott. Ugyanaz a teljesítmény. Ugyanaz a fürdő. Különböző áramlás.
A keverési sebesség az a változó, amely a névleges wattsűrűséget tényleges biztonságos működési állapotgá alakítja. Az adatlapon szereplő wattsűrűség szám némi alapfolyamatot feltételez. Ha a fűtőberendezés tényleges áramlása e feltételezés alá esik, a biztonságos wattsűrűség lecsökken,{2}}és a fűtő fizeti az árat.
A határréteg: ahol a hőátadás ténylegesen megtörténik
A hő egy vékony folyadékfilmen keresztül hagyja el a fűtőtestet, amelyet termikus határrétegnek neveznek. Ebben a rétegben a hő vezetés, nem pedig konvekció útján mozog. Minél vékonyabb a réteg, annál gyorsabban távozik a hő, és annál alacsonyabb a fűtőfelület hőmérséklete adott wattsűrűség mellett.
Az áramlási sebesség szabályozza a határréteg vastagságát. 0,5 m/s-nál a réteg 1 mm alatt lehet. 0,05 m/s-effektíve stagnáló-sebességgel 3-5 mm-re is megnőhet. A vastagabb réteg nagyobb hőellenállást jelent, ami magasabb fűtőfelületi hőmérsékletet jelent azonos teljesítmény mellett.
A kapcsolat nem lineáris. Az áramlási sebesség felezése nem duplázza meg a határréteg vastagságát. De a rosszul kevert bevonótartályokra jellemző alacsony sebességtartományban az áramlás kis változásai nagy változásokat okoznak a hőátadásban. Ez az oka annak, hogy az egyik tartályban jól teljesítő fűtőelem idő előtt meghibásodik a másikban azonos wattsűrűséggel, de gyengébb keveréssel.
| Helyi áramlási sebesség | Határréteg vastagság | Hőátbocsátási együttható | Fűtőberendezés ΔT 1,2 W/cm²-nél | Biztonságos wattsűrűség |
|---|---|---|---|---|
| >0.5 m/s | <1 mm | Magas | 6-10 fok | 1,6–2,0 W/cm² |
| 0.2–0.5 m/s | 1-2 mm | Közepes – Magas | 10-16 fok | 1,3–1,6 W/cm² |
| 0.1–0.2 m/s | 2-3 mm | Mérsékelt | 16-24 fok | 1,0–1,3 W/cm² |
| <0.05 m/s | 3-5 mm | Alacsony | 24-40 fok | 0,6–0,9 W/cm² |
Az áramlási sebesség és a wattsűrűség összefüggései vizes eljárásfürdőknél 50-80 fokos hőmérsékleten
Miért nem egyenlő a tartály-szintű keverése a fűtési-szintű áramlással
Gyakori specifikációs hiba, ha feltételezzük, hogy a tartály keverése eléri a fűtőtestet. A szórócsövek úgy vannak elhelyezve, hogy a folyadékot a munkadarabok körül mozgatják, nem a fűtőtestek körül. Az oktatók a folyamatzónára irányulnak. A fűtőelem egy sarokban, egy állványvezető mögött vagy egy átviteli mechanizmus alatt helyezkedik el, ahol az áramlás a tömeges átlag töredéke.
A bevonattartályokban végzett helyszíni mérések következetesen azt mutatják, hogy a helyi sebesség a fűtőfelületen 30–70%-kal alacsonyabb, mint a tartály -átlagsebessége. A holtzónákban-sarkok, terelőlemezek mögött, szerelvények alatt-80-90%-kal alacsonyabb lehet.
Ez az oka annak, hogy a wattsűrűségnek a tartály{0}}szintű keverésén alapuló kiválasztása túlbecsüli a biztonságos határértéket. A fűtőberendezés olyan áramlási környezetben működik, amely lényegesen rosszabb, mint az ömlesztett tartály állapota. A fő térfogatban működő wattsűrűség a fűtőberendezésnél meghibásodik.
Agitációs módszerek és hatókörük
A különböző keverési módszerek különböző áramlási jellemzőket biztosítanak a fűtőfelületen.
A légfúvás a leggyakoribb módszer. Hatékony ömlesztett keverésnél, de helyi turbulenciát kelt a befúvócső közelében, amely a távolsággal csökken. A permettől 300 mm-re elhelyezett fűtőtest a csőnél mért sebességnek csak 20-30%-át láthatja.
Az oktatói keringés irányítottabb áramlást biztosít. A fűtőfelületre irányított fúvóka koncentrált sugarat bocsát ki, amely hosszabb távolságon is megtartja a sebességet. Ez a leghatékonyabb módszer az áramlás javítására egy adott helyen.
A munkadarab mozgása -hordó forgása vagy állványoszcillációja- hozzájárul a tömeges keveréshez, de ritkán okoz jelentős sebességet a fűtőfelületen, hacsak a munkadarabok nem haladnak el a fűtőtest közelében.
A szivattyús recirkuláció egy külön fűtőtérrel biztosítja a legegyenletesebb áramlást. Egy kis szivattyú szív a tartályból, és a fűtőtesten keresztül ürít, egyenletes sebességet tartva, függetlenül az egyéb keveredésektől. Ez az elrendezés általános a nagy bevonatú tartályokban, ahol a fűtőberendezés megbízhatósága kritikus.
| Keverési módszer | Sebesség a fűtésnél (300 mm távolság) | Wattsűrűség-növekedés lehetséges | Berendezés költsége | Legjobb alkalmazás |
|---|---|---|---|---|
| Semmi izgalom | <0.05 m/s | Alapvonal | Egyik sem | Nem ajánlott |
| Légfújás, általános | 0.05–0.1 m/s | +0.1–0,2 W/cm² | Alacsony | Kis tankok |
| Levegő permetezés, irányított | 0.1–0.2 m/s | +0.2–0,3 W/cm² | Alacsony | A legtöbb bevonatos tartály |
| Pedagógus a fűtésnél | 0.3–0.5 m/s | +0.3–0,5 W/cm² | Mérsékelt | Viszkózus fürdők |
| Dedikált recirkuláció | 0.4–0.6 m/s | +0.4–0,6 W/cm² | Magasabb | Kritikus alkalmazások |
Sebesség és wattsűrűség adatok terepi mérésekből galvanizáló és vegyi feldolgozó tartályokban
A watt-sűrűség és a tényleges fűtő{0}}szint áramlása
A gyakorlati megközelítés az áramlási sebesség mérése vagy becslése a fűtőberendezés helyén, nem pedig a tartály átlaga. Ha a mérés nem praktikus, alkalmazzon óvatos becsléseket a fűtőelem helyzete és a keverési módszer alapján.
A sarokban lévő, csak általános permetezéssel rendelkező fűtőtesteknél 0,05–0,1 m/s-ot tegyünk fel. A fő áramlási útvonalon lévő, irányított permetezéssel működő fűtőtestnél 0,2–0,3 m/s-ot tegyünk fel. Speciális oktatóval vagy recirkulációval rendelkező fűtőberendezés esetén 0,3–0,5 m/s-ot tegyünk fel.
Válassza ki a wattsűrűséget a fenti táblázat megfelelő sorából. Ha a szükséges felület ennél a wattsűrűségnél meghaladja a rendelkezésre álló tartályterületet, lehetőség van a keverés javítására, az összteljesítmény csökkentésére vagy a nagyobb felületet biztosító egyéni fűtőbeállítások használatára.
Áramlás javítása jelentősebb módosítások nélkül
A fűtőtesttől 150-250 mm-re elhelyezett, a fűtőfelület mentén irányított kis szívófej a helyi sebességet stagnálásról 0,3-0,5 m/s-ra emelheti. A fúvókát meg lehet hajtani egy kis szivattyúval vagy sűrített levegővel, és a telepítési költség szerény ahhoz képest, hogy egy meghibásodott fűtőtestet évente cserélnénk.
A közvetlenül a függőlegesen elhelyezett fűtőtest alatt elhelyezett perforált kifolyócső buborékokból álló függönyt hoz létre, amely végigsöpör a fűtőfelületen. Ez kevésbé hatékony, mint az oktató, de csak sűrített levegő csatlakozásra és egy hosszú perforált csőre van szükség.
A fűtőelem áthelyezése a fő keringési útvonalra, -ha a tartály elrendezése lehetővé teszi-, a legegyszerűbb fejlesztés. Ha egy fűtőtestet egy sarokból a befolyócsőtől 100–150 mm-re lévő helyre mozgat, megduplázhatja a helyi sebességet felszerelési költségek nélkül.
Amikor a szabványos fűtőtestek nem felelnek meg az áramlási valóságnak
A bonyolult belső rögzítéssel és korlátozott keveréssel rendelkező tartályok gyakran nem képesek szabványos PTFE merülőfűtők elhelyezésére a tényleges fűtő{0}}szintű áramlási wattsűrűség mellett. Az 5 kW-os 0,8 W/cm²-es teljesítményhez több mint 6000 cm² fűtőfelületre van szükség,{6}}több, mint amennyit egyetlen fűtőtest biztosít a tipikus tartályméreteken belül.
Egy egyedi PTFE merülőfűtő-konfiguráció áramlási-optimalizált pozícióval, dedikált oktatóval és alacsonyabb wattsűrűséggel kiküszöböli az áramláshiány kiváltó okát. A specifikációs folyamat megköveteli a tartály méreteit, a keverési módszert, a fűtőelem áramlási forrásokhoz viszonyított helyzetét, a fürdő kémiáját és a szükséges teljesítményt. A több tartályt változó keverési feltételek mellett működő létesítményeknél ez az alkalmazásspecifikus megközelítés a wattsűrűséget a fűtőberendezés tényleges áramlási környezetéhez igazítja, nem pedig a tartály névleges állapotához.
