โรงงานตกแต่งโลหะแห่งหนึ่งได้ติดตั้งเครื่องทำความร้อนแบบแช่ PTFE ขนาด 5 kW ที่เหมือนกันในถังทำความสะอาดสองถังที่มีขนาดและเคมีเท่ากัน ถังหนึ่งถังใช้การพ่นอากาศที่ 2 CFM ต่อมิเตอร์เชิงเส้น อีกอันอาศัยการกวนด้วยตนเองเป็นครั้งคราว เครื่องทำความร้อนทั้งสองเครื่องทำงานที่ 1.4 วัตต์/ซม.² เครื่องทำความร้อนแบบกระจายกินเวลาสี่ปี เครื่องทำความร้อนที่ไม่มีการกวนล้มเหลวในสิบเอ็ดเดือน วัตต์เท่ากัน อาบน้ำเหมือนกัน. การไหลที่แตกต่างกัน
อัตราการปั่นป่วนเป็นตัวแปรที่แปลงข้อกำหนดความหนาแน่นของวัตต์ที่ระบุให้เป็นสภาพการทำงานที่ปลอดภัยจริง จำนวนความหนาแน่นของวัตต์บนแผ่นข้อมูลจะถือว่าการไหลพื้นฐานบางส่วน เมื่อการไหลจริงที่เครื่องทำความร้อนต่ำกว่าสมมติฐานดังกล่าว ความหนาแน่นของวัตต์ที่ปลอดภัยจะลดลง-และเครื่องทำความร้อนจะจ่ายตามราคา
ชั้นขอบเขต: ที่ซึ่งการถ่ายเทความร้อนเกิดขึ้นจริง
ความร้อนออกจากเครื่องทำความร้อนผ่านฟิล์มบางๆ ของของเหลวที่เรียกว่าชั้นขอบเขตความร้อน ในชั้นนี้ ความร้อนจะเคลื่อนที่โดยการนำ ไม่ใช่การพาความร้อน ยิ่งชั้นบางลง ความร้อนก็จะระบายออกเร็วขึ้น และอุณหภูมิพื้นผิวเครื่องทำความร้อนก็จะยิ่งต่ำลงตามความหนาแน่นของวัตต์ที่กำหนด
ความเร็วการไหลควบคุมความหนาของชั้นขอบเขต ที่ 0.5 ม./วินาที ชั้นอาจมีขนาดต่ำกว่า 1 มม. ที่ 0.05 เมตร/วินาที-นิ่งอย่างมีประสิทธิภาพ-สามารถขยายได้เป็น 3–5 มม. ชั้นที่หนาขึ้นหมายถึงความต้านทานความร้อนที่สูงขึ้น ซึ่งหมายถึงอุณหภูมิพื้นผิวเครื่องทำความร้อนที่สูงขึ้นที่กำลังไฟฟ้าเท่ากัน
ความสัมพันธ์ไม่เป็นเส้นตรง การลดความเร็วการไหลลงครึ่งหนึ่งไม่ได้ทำให้ความหนาของชั้นขอบเขตเป็นสองเท่า แต่ในช่วงความเร็วต่ำ-ซึ่งโดยทั่วไปของถังชุบที่มีการปั่นป่วนต่ำ การเปลี่ยนแปลงการไหลเพียงเล็กน้อยจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงการถ่ายเทความร้อนอย่างมาก นี่คือสาเหตุที่ฮีตเตอร์ที่ทำงานได้ดีในถังหนึ่งเสียก่อนเวลาอันควรในอีกถังหนึ่งโดยมีความหนาแน่นของวัตต์เท่ากันแต่มีความปั่นป่วนน้อยกว่า
| ความเร็วการไหลในท้องถิ่น | ความหนาของชั้นขอบเขต | ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน | เครื่องทำความร้อน ΔT ที่ 1.2 วัตต์/ซม.² | ความหนาแน่นวัตต์ที่ปลอดภัย |
|---|---|---|---|---|
| >0.5 m/s | <1 mm | สูง | 6–10 องศา | 1.6–2.0 วัตต์/ซม.² |
| 0.2–0.5 m/s | 1–2 มม | ปานกลาง-สูง | 10–16 องศา | 1.3–1.6 วัตต์/ซม.² |
| 0.1–0.2 m/s | 2–3 มม | ปานกลาง | 16–24 องศา | 1.0–1.3 วัตต์/ซม.² |
| <0.05 m/s | 3–5 มม | ต่ำ | 24–40 องศา | 0.6–0.9 วัตต์/ซม.² |
ความสัมพันธ์ของความเร็วการไหลและความหนาแน่นของวัตต์สำหรับอ่างกระบวนการที่มีน้ำอยู่ที่ 50–80 องศา
เหตุใดถัง-ระดับความปั่นป่วนไม่เท่ากับฮีตเตอร์-ระดับการไหล
ข้อผิดพลาดเกี่ยวกับข้อกำหนดทั่วไปคือสมมติว่าการปั่นป่วนของถังไปถึงฮีตเตอร์ ท่อสปาร์คอยู่ในตำแหน่งเพื่อเคลื่อนย้ายของไหลไปรอบๆ ชิ้นงาน ไม่ใช่รอบๆ เครื่องทำความร้อน Eductors มุ่งเป้าไปที่โซนกระบวนการ เครื่องทำความร้อนตั้งอยู่ตรงมุม หลังรางแร็ค หรือใต้กลไกการถ่ายเท ซึ่งการไหลเป็นเพียงเศษเสี้ยวของค่าเฉลี่ยปริมาณมาก
การวัดภาคสนามในถังชุบแสดงให้เห็นอย่างสม่ำเสมอว่าความเร็วเฉพาะที่พื้นผิวเครื่องทำความร้อนต่ำกว่าความเร็วเฉลี่ยของถัง 30–70%- ในโซนอันตราย-มุม หลังแผ่นกั้น ใต้อุปกรณ์ติดตั้ง-อาจลดลงได้ 80–90%
นี่คือสาเหตุที่การเลือกความหนาแน่นของวัตต์ตามระดับถัง-การกวนจึงประเมินค่าขีดจำกัดที่ปลอดภัยสูงเกินไป เครื่องทำความร้อนทำงานในสภาพแวดล้อมที่มีการไหลซึ่งแย่กว่าสภาพถังขนาดใหญ่อย่างมาก ความหนาแน่นของวัตต์ที่ทำงานในปริมาตรหลักล้มเหลวที่ฮีตเตอร์
วิธีการก่อกวนและการเข้าถึง
วิธีการกวนที่แตกต่างกันจะให้ลักษณะการไหลที่แตกต่างกันที่พื้นผิวเครื่องทำความร้อน
การพ่นอากาศเป็นวิธีที่พบได้บ่อยที่สุด มีประสิทธิภาพในการผสมจำนวนมาก แต่ทำให้เกิดความปั่นป่วนเฉพาะจุดใกล้กับท่อกระจายที่สลายตัวตามระยะทาง เครื่องทำความร้อนที่อยู่ในตำแหน่ง 300 มม. จากกระจัดอาจมองเห็นความเร็วเพียง 20–30% ที่วัดที่ท่อ
การไหลเวียนของตัวนำไฟฟ้าช่วยให้การไหลมีทิศทางมากขึ้น หัวฉีดที่มุ่งไปที่พื้นผิวเครื่องทำความร้อนจะส่งกระแสน้ำที่มีความเข้มข้นซึ่งรักษาความเร็วในระยะทางที่ไกลขึ้น นี่เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการปรับปรุงการไหล ณ ตำแหน่งเฉพาะ
การเคลื่อนที่ของชิ้นงาน-การหมุนถังหรือการแกว่งของชั้นวาง-มีส่วนช่วยในการผสมจำนวนมาก แต่ไม่ค่อยสร้างความเร็วตามความหมายที่พื้นผิวเครื่องทำความร้อน เว้นแต่ชิ้นงานจะผ่านเข้าไปใกล้กับเครื่องทำความร้อน
การหมุนเวียนของปั๊มพร้อมช่องทำความร้อนเฉพาะช่วยให้การไหลสม่ำเสมอที่สุด ปั๊มขนาดเล็กจะดึงออกจากถังและระบายออกทั่วตัวทำความร้อน โดยคงความเร็วที่สม่ำเสมอโดยไม่คำนึงถึงการกวนอื่นๆ การจัดเรียงนี้เป็นเรื่องปกติในถังชุบขนาดใหญ่ที่ความน่าเชื่อถือของเครื่องทำความร้อนเป็นสิ่งสำคัญ
| วิธีการกวน | ความเร็วที่ฮีตเตอร์ (ระยะห่าง 300 มม.) | ความหนาแน่นของวัตต์เพิ่มขึ้นได้ | ค่าอุปกรณ์ | แอปพลิเคชั่นที่ดีที่สุด |
|---|---|---|---|---|
| ไม่มีความปั่นป่วน | <0.05 m/s | พื้นฐาน | ไม่มี | ไม่แนะนำ |
| การพ่นอากาศทั่วไป | 0.05–0.1 m/s | +0.1–0.2 วัตต์/ซม.² | ต่ำ | ถังขนาดเล็ก |
| การพ่นอากาศกำกับ | 0.1–0.2 m/s | +0.2–0.3 วัตต์/ซม.² | ต่ำ | ถังชุบส่วนใหญ่ |
| ตัวเหนี่ยวนำและเครื่องทำความร้อน | 0.3–0.5 m/s | +0.3–0.5 วัตต์/ซม.² | ปานกลาง | อาบน้ำหนืด |
| การหมุนเวียนเฉพาะ | 0.4–0.6 m/s | +0.4–0.6 วัตต์/ซม.² | สูงกว่า | แอปพลิเคชันที่สำคัญ |
ข้อมูลความเร็วและความหนาแน่นวัตต์จากการวัดภาคสนามในถังชุบและถังแปรรูปเคมี
การจับคู่ความหนาแน่นของวัตต์กับฮีตเตอร์จริง-ระดับการไหล
แนวทางปฏิบัติคือการวัดหรือประมาณความเร็วการไหลที่ตำแหน่งเครื่องทำความร้อน ไม่ใช่ค่าเฉลี่ยของถัง หากการวัดไม่สามารถทำได้ ให้ใช้การประมาณการแบบระมัดระวังโดยพิจารณาจากตำแหน่งของเครื่องทำความร้อนและวิธีการกวน
สำหรับเครื่องทำความร้อนในมุมที่มีการโปรยทั่วไปเท่านั้น ให้ถือว่า 0.05–0.1 ม./วินาที สำหรับเครื่องทำความร้อนในเส้นทางการไหลหลักที่มีการกระจายโดยตรง ถือว่า 0.2–0.3 ม./วินาที สำหรับเครื่องทำความร้อนที่มีตัวเหนี่ยวนำหรือการหมุนเวียนเฉพาะ ถือว่า 0.3–0.5 ม./วินาที
เลือกความหนาแน่นของวัตต์จากแถวที่เกี่ยวข้องในตารางด้านบน หากพื้นที่ผิวที่ต้องการที่ความหนาแน่นวัตต์นั้นเกินพื้นที่ถังที่มีอยู่ ทางเลือกคือปรับปรุงการกวน ลดกำลังไฟทั้งหมด หรือใช้การกำหนดค่าเครื่องทำความร้อนแบบกำหนดเองที่ให้พื้นที่ผิวมากขึ้น
การปรับปรุงการไหลโดยไม่มีการแก้ไขที่สำคัญ
หัวฉีดอีดักเตอร์ขนาดเล็กซึ่งอยู่ห่างจากเครื่องทำความร้อน 150–250 มม. และเล็งไปตามพื้นผิวเครื่องทำความร้อนสามารถเพิ่มความเร็วเฉพาะจากนิ่งเป็น 0.3–0.5 เมตร/วินาที หัวฉีดสามารถขับเคลื่อนด้วยปั๊มขนาดเล็กหรือด้วยลมอัดได้ และค่าใช้จ่ายในการติดตั้งก็ไม่แพงเมื่อเทียบกับการเปลี่ยนเครื่องทำความร้อนที่เสียทุกปี
ท่อสปาร์คที่มีรูพรุนซึ่งวางอยู่ใต้เครื่องทำความร้อนที่ติดตั้งในแนวตั้งโดยตรงจะสร้างม่านฟองอากาศที่กวาดพื้นผิวเครื่องทำความร้อน วิธีนี้มีประสิทธิภาพน้อยกว่าท่อนำไฟฟ้า แต่ต้องใช้เพียงการเชื่อมต่ออากาศอัดและความยาวของท่อที่มีรูพรุนเท่านั้น
การวางตำแหน่งเครื่องทำความร้อนในเส้นทางหมุนเวียนหลัก-หากผังถังอนุญาต-เป็นการปรับปรุงที่ง่ายที่สุด การย้ายเครื่องทำความร้อนจากมุมหนึ่งไปยังตำแหน่งที่อยู่ห่างจากท่อกระจาย 100–150 มม. สามารถเพิ่มความเร็วในพื้นที่เป็นสองเท่าโดยไม่ต้องเสียค่าอุปกรณ์ใดๆ
เมื่อเครื่องทำความร้อนมาตรฐานไม่สามารถตรงกับความเป็นจริงของการไหลได้
ถังที่มีการยึดจับภายในที่ซับซ้อนและการกวนที่จำกัดมักจะไม่สามารถรองรับเครื่องทำความร้อนแบบแช่ PTFE มาตรฐานได้ที่ความหนาแน่นวัตต์ที่ระดับการไหลของเครื่องทำความร้อนจริง-ต้องการ หน้าที่ 5 kW ที่ 0.8 วัตต์/ซม.² ต้องใช้พื้นผิวเครื่องทำความร้อนมากกว่า 6,000 ซม.²- มากกว่าเครื่องทำความร้อนเดี่ยวที่มีให้ในขนาดถังทั่วไป
การกำหนดค่าเครื่องทำความร้อนแบบจุ่ม PTFE แบบกำหนดเองพร้อมตำแหน่งการไหล-ที่เหมาะสมที่สุด ตัวขับเฉพาะ และความหนาแน่นของวัตต์ที่ต่ำกว่าช่วยแก้ปัญหาสาเหตุของความอดอยากในการไหล กระบวนการกำหนดคุณสมบัติต้องใช้ขนาดถัง วิธีการกวน ตำแหน่งเครื่องทำความร้อนที่สัมพันธ์กับแหล่งการไหล เคมีของอ่าง และกำลังไฟที่ต้องการ สำหรับโรงงานที่ใช้ถังหลายถังซึ่งมีสภาวะการปั่นป่วนที่แตกต่างกัน แนวทางเฉพาะของแอปพลิเคชัน-นี้จะจับคู่ความหนาแน่นของวัตต์กับสภาพแวดล้อมการไหลจริงที่เครื่องทำความร้อน แทนที่จะเป็นสภาพถังที่ระบุ
