โรงงานเคมีชนิดพิเศษแห่งหนึ่งรายงานอาการผิดปกติ: เครื่องทำความร้อนแบบจุ่ม PTFE ในสารละลายโพลีเมอร์ที่มีความหนืดส่งเสียงแตกหรือเสียงแตกอย่างรุนแรงในช่วงชั่วโมงแรกของความร้อน-ทุกเช้า เสียงรบกวนหยุดลงเมื่ออ่างอาบน้ำถึงจุดที่กำหนด เครื่องทำความร้อนไม่ได้รับความเสียหายอย่างเห็นได้ชัด และการดึงกระแสไฟก็ปกติ แต่เสียงดังนั้นเป็นสัญญาณเตือน-การเดือดเฉพาะที่เกิดขึ้นที่พื้นผิวเครื่องทำความร้อนในช่วงที่ความร้อน-เพิ่มขึ้น
เสียงไอน้ำระหว่างความร้อน-ขึ้นเป็นอาการของฟิล์มเดือดที่พื้นผิว PTFE อุณหภูมิพื้นผิวเครื่องทำความร้อนสูงพอที่จะทำให้ของเหลวที่สัมผัสกลายเป็นไอ แต่ไอระเหยไม่สามารถหลบหนีได้อย่างรวดเร็วเนื่องจากของเหลวมีความหนืด ฟองอากาศจะยุบตัวอย่างรุนแรงเมื่อหลุดออก ทำให้เกิดเสียงแตก
เหตุใดอ่างที่มีความหนืดจึงสร้างเสียงรบกวนจากไอน้ำ
ในของเหลวที่มีความหนืดต่ำ- เช่น น้ำ ฟองไอจะหลุดออกได้ง่ายและลอยขึ้นสู่พื้นผิว พวกมันจะยุบตัวลงอย่างเงียบ ๆ ในของเหลวที่มีมวลสารทำความเย็น กระบวนการนี้ราบรื่นและไม่มีเสียงรบกวน
ในของเหลวหนืด ชั้นขอบเขตที่พื้นผิวเครื่องทำความร้อนจะหนา ฟองอากาศที่เกิดขึ้นที่พื้นผิวไม่สามารถหลุดออกได้ง่ายเนื่องจากของเหลวที่มีความหนืดต้านทานการเคลื่อนที่ ฟองอากาศจะขยายใหญ่ขึ้นก่อนที่จะหลุดออกจากกัน เมื่อแยกออกในที่สุด พวกมันก็จะพังทลายลงอย่างรวดเร็ว และการพังทลายทำให้เกิดคลื่นความดันที่ได้ยินเป็นเสียงแตกหรือเสียงแตก
| ความหนืดของของไหล | การแยกฟอง | ขนาดฟองที่ออก | ยุบพลังงาน | ระดับเสียงรบกวน |
|---|---|---|---|---|
| <10 mPa·s | ง่าย | เล็ก | ต่ำ | ไม่มี |
| 10–100 mPa·s | ปานกลาง | ปานกลาง | ปานกลาง | เป็นลม |
| 100–1,000 mPa·s | ยาก | ใหญ่ | สูง | ได้ยิน |
| >1,000 เมกะปาสคาล·วินาที | ยากมาก | ใหญ่มาก | สูงมาก | ดัง |
ความหนืดและผลกระทบต่อการหลุดออกของฟองอากาศและการเกิดเสียงรบกวน
เหตุใดความร้อน-จึงอยู่ในช่วงที่เปราะบางที่สุด
ระหว่างที่เครื่องร้อน- เครื่องทำความร้อนจะทำงานเต็มกำลัง อุณหภูมิพื้นผิวจะสูงกว่าในระหว่างการทำงานในสภาวะคงที่- เนื่องจากของไหลที่เทกองจะเย็นกว่า และความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างเครื่องทำความร้อนและของไหลจะมีมากกว่า อุณหภูมิพื้นผิวที่สูงขึ้นจะเพิ่มอัตราการก่อตัวของไอ
ของไหลยังมีความหนืดมากขึ้นในช่วงที่ความร้อน-สูงขึ้น ความหนืดของของเหลวส่วนใหญ่จะลดลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น สารละลายโพลีเมอร์ที่มีความเข้มข้น 15,000 mPa·s ที่ 25 องศาอาจเป็น 5,000 mPa·s ที่ 60 องศา ในช่วงที่ความร้อน-สูงขึ้น ของเหลวที่อยู่ใกล้เครื่องทำความร้อนจะเย็นลงและมีความหนืดมากกว่าที่ตั้งค่าไว้ ของเหลวหนืดจะดักจับฟองไอ และเสียงจะดังขึ้น
เหตุใดเสียงไอน้ำจึงมีความสำคัญ
เสียงไอน้ำไม่ได้เป็นเพียงสิ่งที่น่ารำคาญเท่านั้น บ่งชี้ว่ามีจุดเดือดเฉพาะจุดเกิดขึ้นที่พื้นผิวเครื่องทำความร้อน การเดือดจะสร้างไอระเหยที่ห่อหุ้มพื้นผิว อุณหภูมิพื้นผิวพุ่งสูงขึ้น และ PTFE จะสลายตัวเร็วกว่าปกติภายใต้สภาวะการทำงานปกติ
การยุบตัวของฟองไอซ้ำๆ ยังทำให้เกิดความเครียดเชิงกลบน PTFE คลื่นแรงดันจากการยุบตัวกระทบกับพื้นผิวโพลีเมอร์ เมื่อเวลาผ่านไป ความเครียดอาจทำให้ความเมื่อยล้าแตกและพุพองได้
ป้องกันเสียงรบกวนจากไอน้ำในอ่างที่มีความหนืด
การป้องกันที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดคือการลดอุณหภูมิพื้นผิวเครื่องทำความร้อนให้ต่ำกว่าจุดเดือดของของเหลว สิ่งนี้จำเป็นต้องลดความหนาแน่นของวัตต์และปรับปรุงการไหลที่พื้นผิวเครื่องทำความร้อน
ความหนาแน่นของวัตต์ที่ต่ำกว่า-0.5–0.8 W/cm² จะช่วยลดอุณหภูมิพื้นผิวลง 15–25 องศา เทียบกับ 1.0–1.2 W/cm² อุณหภูมิที่ต่ำกว่าจะทำให้พื้นผิวมีจุดเดือดต่ำกว่าจุดเดือดในของเหลวที่มีความหนืดส่วนใหญ่
การไหลที่ดีขึ้นที่พื้นผิวเครื่องทำความร้อน-จากตัวนำไฟฟ้า ปั๊มหมุนเวียน หรือเครื่องกวนเชิงกล-จะช่วยลดความหนาของชั้นขอบเขตและลดอุณหภูมิพื้นผิวลง ความเร็วเฉพาะที่ 0.3–0.5 เมตร/วินาที เพียงพอที่จะป้องกันสัญญาณรบกวนของไอน้ำในของเหลวที่มีความหนืดส่วนใหญ่
| มาตรการป้องกัน | ผลต่ออุณหภูมิพื้นผิว | การนำไปปฏิบัติ |
|---|---|---|
| ความหนาแน่นของวัตต์ต่ำกว่า 0.5–0.8 วัตต์/ซม.² | ลดลง 15–25 องศา | การออกแบบเครื่องทำความร้อน |
| Eductor ที่เครื่องทำความร้อน | ลดลง 20–30 องศา | ปั๊มขนาดเล็กหรือลมอัด |
| วงเวียนหมุนเวียน | ลดลง 25–35 องศา | ปั๊มและท่อ |
| ความปั่นป่วนทางกล | ลดลง 15–25 องศา | เครื่องกวนหรือเครื่องกวน |
มาตรการป้องกันเสียงไอน้ำในอ่างที่มีความหนืด
เมื่อเสียงไอน้ำบ่งบอกถึงปัญหาการออกแบบ
เครื่องทำความร้อนที่ส่งเสียงไอน้ำแม้จะมีความหนาแน่นของวัตต์ต่ำและการไหลที่ดีขึ้น บ่งชี้ว่าการออกแบบเครื่องทำความร้อนไม่เหมาะกับของเหลวที่มีความหนืด การกำหนดค่าเครื่องทำความร้อนแบบจุ่ม PTFE แบบกำหนดเองที่มีความหนาแน่นวัตต์ต่ำมาก พื้นที่ผิวขนาดใหญ่ และตำแหน่งการไหลที่ปรับให้เหมาะสม- จะช่วยแก้ไขสาเหตุของการเดือดเฉพาะที่ กระบวนการกำหนดคุณสมบัติต้องใช้ความหนืดของของไหลที่อุณหภูมิใช้งาน จุดเดือด ตำแหน่งเครื่องทำความร้อน สภาวะการไหล และกำลังไฟฟ้าที่ต้องการ สำหรับโรงงานที่มีของเหลวในกระบวนการที่มีความหนืด แอปพลิเคชันนี้-แนวทางเฉพาะจะช่วยลดเสียงไอน้ำและยืดอายุการใช้งานของเครื่องทำความร้อน
