Ar gyfer Gwresogydd Trochi Titaniwm sy'n Gweithredu mewn Bath Anodizing Asid Cromig (50 g/L CRO₃, 55 gradd ), Beth yw'r Trwch Wal Uchaf a Ganiateir i Gynnal Trosglwyddiad Gwres ar 20 kW/m²?

Gostyngiadau-masnach Sylfaenol mewn Dylunio Gwresogyddion Titaniwm ar gyfer Anodeiddio Asid Cromig
Mae anodizing asid cromig yn ddull electrocemegol a ddefnyddir ar gyfer cynhyrchu haenau ocsid amddiffynnol ar gydrannau awyrofod alwminiwm. Mae'r bath fel arfer yn cynnwys 50 g/L o gromiwm triocsid (CrO₃) ar 55 gradd a defnyddir y gwresogydd trochi titaniwm i gynnal y tymheredd yn ystod y cylch anodizing. Mae asid cromig yn ocsidydd pwerus ac yn goddef titaniwm yn hawdd, sy'n rhoi ymwrthedd cyrydiad da. Mae'r bath yn sensitif i newidiadau tymheredd, fodd bynnag, a rhaid i'r gwresogydd ddarparu fflwcs gwres o tua 20 kW/m2 (2.0 W/cm2) er mwyn cynnal amodau'r broses. Nid cyrydiad yw'r cyfyngiad dylunio allweddol ond effeithlonrwydd trosglwyddo gwres. Mae gan asid cromig ddargludedd llawer is a gludedd llawer uwch o'i gymharu â dŵr, gan ffurfio haen ffin drwchus ar wyneb y gwresogydd. Mae trwch wal y wain titaniwm yn cyfrannu cyfres o wrthwynebiad trydanol i'r haen ffin hon. Mae cynyddu trwch wal yn lleihau'r cyfernod trosglwyddo gwres cyffredinol ac mae angen naill ai tymheredd uwch yr elfen wresogi (lleihau effeithlonrwydd trydanol a bywyd inswleiddio MgO) neu fwy o arwynebedd y gwresogydd (cost gynyddol a maint y tanc). Yn y dadansoddiad hwn, pennir uchafswm y trwch wal Ti a ganiateir i gynnal llif gwres o 20 kW/m2 heb fynd y tu hwnt i'r tymheredd gwifren mewnol gofynnol o 400C ar gyfer gwresogyddion wedi'u hinswleiddio MgO, a heb achosi dadelfennu berw neu asid cromig lleol ar wyneb y wain.

Effaith ar Uniondeb Mecanyddol: Ystyriaethau Cyrydiad Asid Cromig
Mae titaniwm gradd 2 yn gwrthsefyll asid cromig ar bob crynodiad a thymheredd i ferwi. Mae pŵer ocsideiddio Cr(VI) yn achosi gorchudd goddefol sefydlog, trwchus (TiO2 wedi'i gyfoethogi mewn rhywogaethau cromiwm) gyda chyfraddau cyrydiad < 0.005 mm y flwyddyn. Nid yw asid cromig yn achosi ymosodiad lleol, yn yr un modd â baddonau sy'n cynnwys clorid pan fydd tyllu yn bryder. Isafswm trwch wal ar gyfer cywirdeb mecanyddol (trin, pwysau a phwysau mowntio) yw 0.8 mm ar gyfer tiwbiau hyd at 25 mm mewn diamedr. Nid yw gwneud y waliau'n fwy trwchus yn helpu gyda chorydiad oherwydd bod yr haen goddefol eisoes yn sefydlog ac yn homogenaidd. Felly, dim ond cyfaddawd rhwng cryfder mecanyddol (ee ymwrthedd i effeithiau damweiniol gan weithfannau alwminiwm) a pherfformiad thermol yw defnyddio wal fwy trwchus. Mewn baddonau anodizing asid cromig, nid yw'r achos dros waliau mawr wedi'i wneud yn dda, yn fecanyddol, os yw mynediad tanc yn cael ei reoli a bod trin y gweithle yn ofalus. Ar gyfer llinellau trwybwn uchel lle gall gwresogyddion gael eu taro gan raciau neu rannau, mae trwch wal cymedrol (1.2-1.5 mm) yn cynnig ymwrthedd effaith heb gosb thermol ddifrifol.

Effaith ar Berfformiad Thermol Ymwrthedd Dargludol a Therfyn Fflwcs Gwres
Ar gyfer gwresogydd trochi titaniwm gyda dwysedd pŵer o 20 kW/m^2 (2.0 W/cm^2) i faddon asid cromig o 55 gradd, cyfanswm y gwahaniaeth tymheredd o'r wifren gwrthiant mewnol i'r baddon swmp yw cyfanswm o bedwar gwrthedd: (1) gwifren fewnol - i- MgO rhyngwyneb, (2) dargludol drwy wal titaniwm 4, dargludol i mewn i MgO, (2) dargludol drwy MgO wal, dargludol i mewn i'r wal titaniwm (3,4) asid cromig. Mae'r inswleiddiad MgO yn cyfyngu tymheredd y wifren i 400 gradd am oes hir. Y gwrthiant trydanol ar draws y wal titaniwm yw ΔT_Ti=q × t / k_Ti , gyda k_Ti ≈ 17 W/m·K ar 55 gradd . Ar gyfer wal o 1.0 mm, ΔT_Ti=(20,000 W/m² × 0.001 m) / 17 W/m·K=1.18 gradd . ΔT_Ti=2.35 gradd ar gyfer wal 2.0 mm o drwch. Mae'r gwrthiant darfudol i'r bath asid cromig yn sylweddol fwy, ΔT_conv=q/h, lle h yw'r cyfernod trosglwyddo gwres darfudol. Ar gyfer bath anodizing nodweddiadol gyda chynnwrf cymedrol (llif 0.3 i 0.5 m/s heibio'r gwresogydd), h ≈ 400 i 600 W/m2K. Am h=500 W/m2K, ΔTconv=20,000 / 500=40 gradd . Y gostyngiad tymheredd cyffredinol o'r wyneb allanol titaniwm i'r bath swmp yw 40 gradd, ond dim ond 1.2-2.4 gradd yw'r gostyngiad trwy'r wal titaniwm. Felly, mae gwrthiant thermol wal titaniwm tua 3-6% o gyfanswm ymwrthedd thermol. Y prif fecanweithiau yw'r haen derfyn darfudol a'r inswleiddiad MgO. Mae cynyddu trwch y wal o 1.0 mm i 2.0 mm yn cynyddu'r tymheredd gwifren gofynnol gan ddim ond rhywbeth fel 1.2 gradd - newid di-nod. Mae'r dadansoddiad hwn yn rhagdybio, fodd bynnag, bod tymheredd yr arwyneb allanol yn llai na berwbwynt y bath asid cromig (tua 105 gradd ar bwysedd atmosfferig ar gyfer y cyfansoddiad hwn). Ar gyfer h=500, tymheredd yr arwyneb yw T_surface=T_bulk + ΔT_conv=55 gradd + 40 gradd=95 gradd . Mae hyn yn llawer is na'r berwbwynt, felly nid oes unrhyw blanced anwedd yn digwydd. Mae T_surface yn codi i 96.2 gradd hyd yn oed gyda wal 2.0 mm yn dal yn ddiogel. Felly, o safbwynt trosglwyddo gwres pur, nid yw trwch y wal yn effeithio ar berfformiad o 20 kW / m².

Cyfnewid{0}}oddi ar Synthesis: Trwch Wal Uchaf a Ganiateir
Mae'r matrics canlynol yn rhoi'r trwch mwyaf a ganiateir o wal titaniwm ar gyfer baddon anodizing asid cromig (50 g/L CrO3, 55 gradd) ar fflwcs gwres o 20 kW/m2, er mwyn cadw tymheredd yr arwyneb allanol yn is na 100 gradd (er mwyn osgoi berwi lleol a dadelfennu asid cromig) a thymheredd y wifren fewnol yn is na 400 gradd (i amddiffyn inswleiddiad).

Trwch Wal (mm) Lefel Cynnwrf (h, W/m2K) Tymheredd Arwyneb Allanol (C) Tymheredd Gwifrau Mewnol (C) Uchafswm Caniataol?Ffactor atal
0.8 mm Gwael (h=300) 55 + 66.7=121.7 gradd 121.7 + (0.8*20/17)=122.6 gradd Dim Arwyneb yn berwi (uwch na 100 gradd )
0.8 mm Cymedrol (h=500) 55 + 40=95 gradd 95 + 0.94=95.9 gradd Ie Dim – ymhell o fewn y cyfyngiadau
0.8 mm Da (h=800) 55 + 25=80 gradd 80 + 0.94=80.9 gradd Ie Ymyl ardderchog
1.5 mm Cymedrol (h=500) 95 gradd 95 + (1.5×20/17){7}} gradd Ie Derbyniol
2.0 mm Cymedrol (h=500) 95 gradd 95 + (2.0×20/17){7}} gradd Ie Derbyniol
2.5 mm Cymedrol (h=500) 95 gradd 95 + (2.5×20/17)=97.9 gradd Ie Derbyniol, ond dim angen
3.0 mm Gwael (h=300) 121.7 gradd 121.7 + (3.0×20/17)=125.2 gradd Dim Arwyneb yn berwi, gwifren dros y tymheredd
Mae'r data'n dangos bod trwch wal hyd at o leiaf 2.5 mm o drwch (h> 500 W/m²·K) ar gyfer bath wedi'i gynhyrfu'n dda (h > 500 W/m²·K) yn oddefadwy yn thermol gan mai'r gwrthiant darfudol sy'n tra-arglwyddiaethu. Hyd yn oed ar gyfer baddonau sydd wedi'u cynhyrfu'n wael (h=300) mae waliau 0.8 mm yn arwain at ferwi arwyneb oherwydd bod y ΔT darfudol o 66.7 gradd yn codi'r wyneb i 121.7 gradd . Mewn amgylchiadau o'r fath yr ateb yw nid newid trwch wal ond yn hytrach i gynyddu cynnwrf neu leihau fflwcs gwres. Yn thermol, mae'r trwch wal mwyaf a ganiateir yn ei hanfod yn ddiderfyn, gan ddarparu cynnwrf priodol; fodd bynnag, mae cyfyngiadau gweithgynhyrchu ymarferol (plygu tiwb, weldio, a chost) yn cyfyngu trwch i 2.0-2.5 mm ar gyfer y rhan fwyaf o ddyluniadau gwresogydd.

Peirianneg y Tu Allan i'r Wal: Cynnwrf Gwell a Llai o Fflwcs Gwres
Gan mai'r haen ffin darfudol yw'r prif wrthiant thermol mewn baddonau anodizing asid cromig, y strategaeth orau i gynnal y trosglwyddiad gwres ar 20 kW/m2 ar gyfer unrhyw drwch wal yw hyrwyddo cynnwrf bath digonol. Er mwyn i bwmp ailgylchredeg orfodi'r llif dros wyneb y gwresogydd gyda chyflymder o 0.5-1.0 m/s, gellir cynyddu h i 600-800 W/m2K, gostwng ΔTconv i 25-33 gradd ac mae'r arwyneb allanol yn aros o dan 90 gradd hyd yn oed gyda thrwch wal o 2.0 mm. Os nad yw'n bosibl gwella'r cynnwrf, mae'n bosibl lleihau'r fflwcs gwres sydd ei angen. Mae llawer o linellau anodeiddio yn rhedeg ar 15 kW/m$^2$ (1.5 W/cm$^2$) gydag amseroedd codi gwres hirach, sy'n lleihau $\\Delta T_{conv}$ i 30$^{\\circ}$C ar $h$=500 ac yn caniatáu ar gyfer waliau mwy trwchus heb i'r wyneb berwi. Mae angen perthynas wrthdro rhwng fflwcs gwres a thrwch wal. Er enghraifft, i ddefnyddio wal 2.5 mm gyda chymysgedd gwael (h=300), mae angen gostwng y fflwcs gwres i tua 12 kW/m² i gynnal yr wyneb allanol o dan 100 gradd. Mae gwerthoedd llenyddiaeth ar gyfer h mewn asid cromig yn dibynnu'n fawr ar ddyluniad tanc a llwytho darnau gwaith, felly dylai peirianwyr proses brofi'r cyfernod trosglwyddo gwres gwirioneddol gyda thermocyplau ar wyneb y gwresogydd wrth gomisiynu.

Casgliad: Prin iawn yw'r Terfynau Trwch Waliau - Cynnwrf a Fflwcs Gwres yw'r Terfynau Gwirioneddol
Ar gyfer gwresogydd trochi titaniwm mewn baddon anodizing asid cromig (50 g/L CrO₃, 55 gradd ) ar fflwcs gwres o 20 kW/m², mae'r trwch wal uchaf a ganiateir bron yn ddiderfyn o safbwynt thermol pan fo'r bath wedi'i gynhyrfu'n ddigonol (h Yn fwy na neu'n hafal i 500 W/m²·K). Ar gyfer waliau mor drwchus â 2.0 mm mae gwrthiant trydanol y wal titaniwm yn cyfrannu llai na 2.5 deg. C i gyfanswm y gostyngiad tymheredd. Y prif wrthwynebiad thermol yw'r haen ffin darfudol, sy'n dibynnu ar gynnwrf y bath ac nid ar drwch y wal. Pan nad yw'r baddonau wedi'u troi'n ddigonol (h=300 W/m²·K) mae hyd yn oed wal o 0.8 mm yn ddigon i ysgogi berwi arwyneb gan fod yr ΔT darfudol o 66.7 gradd yn fwy na'r ymyl berwbwynt. Nid pennu wal deneuach yw'r ateb mewn achosion o'r fath, ond i wella cynnwrf neu gyfyngu ar fflwcs gwres. Ar gyfer y rhan fwyaf o linellau anodizing â chynnwrf cymedrol, mae trwch wal titaniwm o 1.2-1.5mm yn darparu cyfaddawd da o gadernid mecanyddol (gwrthiant i effaith anfwriadol o rannau alwminiwm) a pherfformiad thermol. Ni cheir unrhyw fantais thermol trwy ddefnyddio waliau sy'n fwy trwchus na 2.0 mm, ac mae cost a phwysau deunyddiau yn cynyddu'n ddiangen. Nid trwch wal yw'r meini prawf pwysig ar gyfer diffinio gwresogyddion ar gyfer anodizing asid cromig, ond fflwcs gwres sydd ei angen (kW/m²) a'r cyflymder llif a ragwelir heibio'r gwresogydd (m/s). Rhowch y niferoedd hyn i'r gwneuthurwr i gadarnhau'r cyfernod trosglwyddo gwres darfudol. Darparwch drwch wal o 1.2-1.5 mm fel rhagosodiad cost-effeithiol sy'n bodloni'r safonau mecanyddol a thermol.