ค่าการนำความร้อนของของไหลที่ให้ความร้อนมีอิทธิพลต่อขีดจำกัดความหนาแน่นวัตต์ของเครื่องทำความร้อน PTFE อย่างไร

เครื่องทำความร้อนแบบจุ่ม PTFE ที่มีอัตรา 1.5 วัตต์ต่อตารางเซนติเมตรในอ่างน้ำที่มีบ่อน้ำ- จะมีความร้อนสูงเกินไปอย่างรวดเร็วและล้มเหลวหากใช้ความหนาแน่นวัตต์เท่ากันในน้ำมันที่มีความเข้มข้น ความแตกต่างไม่ได้อยู่ที่เครื่องทำความร้อน แต่อยู่ที่ความสามารถของของเหลวในการนำความร้อนออกไป การทำความเข้าใจว่าเหตุใดสิ่งนี้จึงเกิดขึ้นถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับข้อกำหนดเครื่องทำความร้อนที่ปลอดภัยและเชื่อถือได้

บทบาทของของไหลในการถ่ายเทความร้อน

กำลังไฟฟ้าสูงสุดที่อนุญาตต่อหน่วยพื้นที่ของเครื่องทำความร้อน PTFE ไม่ใช่ค่าคงที่ แทนวัตต์ความหนาแน่นจำกัดการนำความร้อนของของเหลวเครื่องทำความร้อนPTFEขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพของตัวกลางที่อยู่รอบข้างในการดูดซับและถ่ายเทความร้อนออกจากปลอกโดยตรง

น้ำมีค่าการนำความร้อนค่อนข้างสูงประมาณ 0.6 W/m·K และมีความหนืดต่ำ ซึ่งส่งเสริมการพาความร้อนตามธรรมชาติอย่างมีพลัง คุณสมบัติเหล่านี้ช่วยให้ระบายความร้อนออกจากพื้นผิวเครื่องทำความร้อนได้อย่างรวดเร็ว ช่วยให้มีความหนาแน่นของวัตต์สูงถึง 1.5 วัตต์/ซม.² ภายใต้สภาวะการแช่โดยทั่วไป

น้ำมันหนัก ของเหลวถ่ายเทความร้อนสังเคราะห์ และโพลีเมอร์มีพฤติกรรมแตกต่างออกไป ค่าการนำความร้อนมักจะอยู่ในช่วง 0.1–0.2 W/m·K เมื่อรวมกับความหนืดสูง ของเหลวเหล่านี้จะยับยั้งการพาความร้อนตามธรรมชาติ ชั้นขอบเขตที่เป็นฉนวนนิ่งจะก่อตัวรอบๆ ปลอก PTFE เพื่อกักความร้อนไว้เฉพาะที่

ผลที่ตามมาของการนำความร้อนต่ำ

เมื่อชั้นขอบเขตไม่สามารถพาความร้อนออกไปได้เร็วพอ อุณหภูมิที่พื้นผิวของเปลือกจะสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว แม้ว่า PTFE เองจะมีอุณหภูมิบริการต่อเนื่องสูงสุดประมาณ 110 องศา แต่ลวดต้านทานภายในจะทำงานร้อนกว่ามากภายใต้สภาวะปกติ ความหนาแน่นของวัตต์ที่มากเกินไปจะทำให้อุณหภูมิของสายไฟเกินขีดจำกัดที่ปลอดภัย เร่งการเสื่อมสภาพของฉนวน และทำให้เครื่องทำความร้อนทำงานล้มเหลวก่อนเวลาอันควร

ในทางปฏิบัติ บุคลิกภาพทางความร้อนของของไหลจะกำหนดเพดานไฟฟ้าของเครื่องทำความร้อน ข้อผิดพลาดทั่วไปคือการกำหนดขนาดเครื่องทำความร้อนน้ำมันโดยอิงจากน้ำ-กฎทั่วไปที่ได้รับ โดยสมมติว่าความหนาแน่นของวัตต์เท่ากันจะยอมรับได้

คำแนะนำเรื่องความหนาแน่นวัตต์ที่ปลอดภัยสำหรับของเหลวที่มีค่าการนำไฟฟ้าต่ำ-

สำหรับสารละลายที่มีน้ำ-ที่มีการปั่นที่เพียงพอ ความหนาแน่นของวัตต์สูงสุดที่ 1.5 วัตต์/ซม.² จะทำหน้าที่เป็นเกณฑ์มาตรฐาน อย่างไรก็ตาม สำหรับน้ำมันนิ่งและโพลีเมอร์ละลาย ขีดจำกัดจะลดลงอย่างมากเหลือประมาณ 0.5 วัตต์/ซม.²

ช่วงการลดพิกัดที่แนะนำ

น้ำมันและโพลีเมอร์ที่ไม่ปั่นป่วน-:ความหนาแน่นวัตต์สูงสุด 0.3–0.8 วัตต์/ซม.² ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของของเหลวที่แน่นอน

ของเหลวหนืดหรือนิ่ง:แนะนำให้ใช้ช่วงต่ำสุด (0.3–0.5 วัตต์/ซม.²)

ค่าที่สูงกว่า (0.6–0.8 วัตต์/ซม.²):อาจพิจารณาได้เมื่อมีการก่อให้เกิดการกวนเชิงกลเท่านั้น

บทบาทของการกวนเชิงกล

สำหรับของเหลวที่มีความหนืด ความปั่นป่วนจากภายนอกจะมีความสำคัญ การพาความร้อนแบบบังคับจะทำให้ชั้นฉนวนแตกตัวและช่วยให้การถ่ายเทความร้อนดีขึ้น ถึงแม้จะมีความปั่นป่วนก็ตามวัตต์ความหนาแน่นจำกัดการนำความร้อนของของเหลวเครื่องทำความร้อนPTFEยังคงต่ำกว่านั้นสำหรับน้ำเนื่องจากเพดานการนำความร้อนโดยธรรมชาติของของไหล

เหตุใดอุณหภูมิสายไฟภายในจึงมีความสำคัญ

ปลอก PTFE ช่วยปกป้องลวดต้านทานภายในจากการโจมตีทางเคมีและไฟฟ้ารั่ว อย่างไรก็ตาม PTFE เป็นฉนวนความร้อนเมื่อเปรียบเทียบกับโลหะ ความร้อนที่เกิดขึ้นในเส้นลวดจะต้องผ่านผนังปลอก จากนั้นจึงผ่านชั้นขอบเขตเข้าไปในของเหลวปริมาณมาก หากชั้นขอบเขตต้านทานการไหลของความร้อน อุณหภูมิของลวดจะเพิ่มขึ้นอย่างไม่เป็นสัดส่วน

เครื่องทำความร้อน PTFE ที่ทำงานที่ 1.5 วัตต์/ซม.² ในน้ำอาจรักษาอุณหภูมิของสายไฟให้ต่ำกว่าระดับที่เป็นอันตรายได้ เครื่องทำความร้อนแบบเดียวกันในน้ำมันที่มีความหนาแน่นวัตต์เท่ากันสามารถขับเคลื่อนอุณหภูมิของสายไฟให้สูงกว่า 200 องศาได้อย่างมาก ซึ่งนำไปสู่การออกซิเดชันอย่างรวดเร็วของโลหะผสมต้านทาน และในที่สุด-วงจรเปิดจะล้มเหลว

คำแนะนำการปฏิบัติสำหรับการเลือกเครื่องทำความร้อน

ระบุลักษณะการนำความร้อนของของเหลวเสมอหากไม่มีข้อมูล แนะนำให้ลดค่าพิกัดแบบระมัดระวัง

สำหรับน้ำมันและโพลีเมอร์ ให้เริ่มต้นด้วย 0.5 วัตต์/ซม.²เป็นสูงสุด ลดเพิ่มเติมสำหรับสภาวะที่มีความหนืดสูงหรือนิ่ง

รวมการกวนทางกลเมื่อเป็นไปได้เพื่อปรับปรุงการถ่ายเทความร้อนและให้ความหนาแน่นของวัตต์สูงขึ้นเล็กน้อยภายในช่วง 0.6–0.8 วัตต์/ซม.²

อย่าถือว่า-มีการใช้ขีดจำกัดความหนาแน่นของวัตต์ตามน้ำจนถึงของเหลวที่มีการนำไฟฟ้าต่ำ- ข้อสันนิษฐานดังกล่าวเป็นสาเหตุสำคัญของความล้มเหลวของเครื่องทำความร้อนก่อนกำหนด

บทสรุป

เครื่องทำความร้อนและของเหลวก่อให้เกิดความร่วมมือทางความร้อน ไม่มีเครื่องทำความร้อน PTFE ใดสามารถทำงานได้อย่างปลอดภัยเกิน-ความสามารถในการกำจัดความร้อนของตัวกลางที่อยู่รอบๆ การตระหนักว่าการนำความร้อนจำกัดการถ่ายเทความร้อนแบบพาอย่างไรเป็นขั้นตอนแรกในการตั้งค่าความหนาแน่นวัตต์ที่ปลอดภัยสำหรับเครื่องทำความร้อน PTFE การเลือกความหนาแน่นของวัตต์ที่คำนึงถึงความสามารถในการถ่ายเทความร้อนของของเหลว-จะส่งผลโดยตรงต่ออายุการใช้งานของเครื่องทำความร้อน การป้องกันความร้อนสูงเกินไป ฉนวนทำงานล้มเหลว และการหยุดทำงานที่มีค่าใช้จ่ายสูง สำหรับของเหลวที่มีการนำไฟฟ้าต่ำ- เช่น น้ำมันและโพลีเมอร์ การลดพิกัดลงเหลือ 0.3–0.8 W/cm²-เมื่อรวมกับการกวนเมื่อเป็นไปได้-ทำให้มั่นใจได้ถึงประสิทธิภาพ-ที่เชื่อถือได้ในระยะยาว