Sut Mae Trwch Wal Gwain Dur Di-staen 316 yn Newid y Dwysedd Watiau Uchaf a Ganiateir mewn Cychod Proses sy'n cael eu Gwresogi'n Drydanol?

Anaml y caiff y gydberthynas rhwng trwch wal gwain a dwysedd wat arwyneb ei ddysgu fel cysyniad dylunio cyfun ar gyfer peirianwyr proses sy'n gyfrifol am ddylunio gwresogyddion trochi trydan ar gyfer atebion cemegol cyrydol. Yn hytrach, mae trwch wal yn aml yn cael ei bennu gan reol bawd cyfyngu pwysau a chymerir dwysedd wat o siartiau gwahanol yn dibynnu ar y math o hylif a thymheredd. Mae hyn yn arwain at ddull tameidiog sydd naill ai'n cynhyrchu manylebau rhy geidwadol (gwresogyddion dros-maint ag arwynebedd gormodol) neu fethiannau cynamserol oherwydd gorboethi gwifrau mewnol. Gwrthiant thermol y wain dur di-staen 316 ei hun yw'r ddolen goll. Gan fod pob milimedr o drwch wal yn ymyrryd â thrawsyriant gwres o'r wifren gwrthiant fewnol i hylif y broses, gallai'r un dwysedd wat sy'n gwbl dderbyniol ar gyfer gwain â waliau tenau arwain at ddiraddio cyflym mewn dyluniad â waliau trwchus. Mae'r erthygl hon yn rhoi sail feintiol ar gyfer derating dwysedd wat fel swyddogaeth o drwch wal wain 316 ac yn galluogi peirianwyr i nodi elfennau gwresogi ar gyfer allbwn pŵer dymunol a bywyd gwasanaeth amcangyfrifedig.

Ymwrthedd Thermol o wain 316 fel Ffactor Cyfyngu i Ddwysedd Pŵer
Mae dwysedd wat derbyniol cyfyngol elfen wresogi trydan yn cael ei ddiffinio'n ymarferol gan dymheredd y wifren gwrthiant cromiwm nicel- mewnol. Rhaid cadw'r wifren o dan ei drothwy ocsideiddio, sydd fel arfer rhwng 800 gradd a 900 gradd ar gyfer gweithrediad parhaus, yn dibynnu ar gyfansoddiad yr aloi, a rhaid i'r inswleiddiad magnesiwm ocsid o gwmpas gadw ei gryfder dielectrig, sy'n dechrau dirywio tua 450 gradd. Mae gan y wifren gwrthiant a'r cyfrwng gwresogi dri gwrthiant thermol mewn cyfres. Y gwrthiannau hyn yw'r haen inswleiddio MgO, wal y wain dur di-staen 316, a'r haen ffin hylif ar y tu allan i'r wain. Ar ddwysedd wat isel, yn aml mae gan hylifau gludedd glân, isel gyda llif cymedrol wrthwynebiad cryfaf yr haen ffin hylif. Ond gyda dwysedd wat uwch neu amodau hylif llai ffafriol, mae gwrthiant y wal wain yn dod yn bwysicach. Ceir dargludedd thermol o tua 15 W/m·K ar 100 gradd a thua 18 W/m·K ar 400 gradd ar gyfer gwain 316. Mae dargludedd isel o'r fath yn trosi i wrthwynebiad thermol o tua 0.0001 m 2 K/W fesul ardal uned ar gyfer wal 1.5 mm o drwch. Nid yw'r gwerth hwn yn edrych fawr ddim ond mae'r gostyngiad tymheredd dros y wal wain a yw'r gwrthiant hwn yn amseru'r fflwcs gwres. Ar 10 W/cm² (100,000 W/m²) bydd gan wain 1.5 mm 316 amrywiad tymheredd o tua 10 gradd o'r tu mewn i'r wyneb allanol. Mae'r un wal ar 20 W/cm2 yn rhoi gostyngiad o 20 gradd. Mae'r gostyngiad ar 30 W/cm^{2} yn 30 ^{\\circ}C. Nid yw ffigurau o'r fath yn amherthnasol pan fydd y wifren fewnol eisoes yn gweithio ger ei thymheredd derbyniol uchaf.

Mae gwain mwy trwchus yn gofyn am ddwysedd wat -- meintioli.
Ar gyfer tymheredd proses a chyflwr hylif penodol, mae cynnydd mewn trwch wal gwain yn gofyn am ostyngiad cyfatebol mewn dwysedd wat i gynnal yr un tymheredd gwifren mewnol. Ar gyfer ystodau trwch cymedrol mae'r cysylltiad tua llinellol. Ystyriwch wain 316 gyda thrwch wal o 1.0 mm yn gweithredu'n llwyddiannus ar 15 W/cm² mewn baddon dŵr 90 gradd gyda thymheredd gwifren mewnol o 700 gradd. Y gwahaniaeth tymheredd cyffredinol o wifren i ddŵr yw 610 gradd. Mae'r gostyngiad hwn tua 15 gradd yn y wal wain, tua 100 gradd yn yr inswleiddiad MgO a thua 495 gradd yn yr haen ffin hylif. Gyda thrwch wal gwain wedi'i ddyblu i 2.0 mm, mae'r gwahaniaeth tymheredd ar draws y wal tua 30 gradd ar gyfer yr un fflwcs gwres. Rhaid i'r gostyngiad tymheredd cyffredinol fod yn 610 gradd i ddychwelyd tymheredd y wifren fewnol i 700 gradd. Mae'r gostyngiad MgO braidd yn gyson ac mae'r gostyngiad yn yr haen ffin hylif yn cael ei lywodraethu gan baramedrau'r broses. Y llif gwres yw'r unig newidyn. Mae'r cwymp wal gwain yn ôl i 15 gradd, a thrwy hynny adennill y tymheredd gwifren gwreiddiol, trwy leihau'r dwysedd wat o 15 W / cm 2 i tua 13.5 W / cm 2 . Mae hwn yn gyfradd o 10% ar gyfer cynnydd o 1.0 mm mewn trwch wal. Ar gyfer cynnydd mwy ymosodol o 1.0 mm i 2.5 mm, mae'r gyfradd ofynnol tua 18%. Gwnaed cyfrifiadau gyda phriodweddau hylif cyson. Mewn gwirionedd, mae gwain mwy trwchus hefyd yn effeithio ar yr haen ffin hylif trwy leihau'r diamedr allanol ar gyfer diamedr mewnol penodol. Fodd bynnag, yr effaith amlycaf yw ymwrthedd trydanol uwch y wal fetel o hyd.

Dilysiad Arbrofol o Ddylanwad Trwch Waliau ar Fywyd Gwresogydd
Ceir cadarnhad empirig o'r berthynas derating damcaniaethol trwy brofi bywyd carlam rheoledig o 316 o wresogyddion trochi caeedig. Gweithredwyd cydosodiadau gwresogyddion union yr un fath â thrwch wal o 1.2 mm, 1.6 mm a 2.0 mm ar ddwysedd wat cyson o 12 W/cm2 mewn dolen ddŵr sy'n cylchredeg 95 gradd mewn ymchwil. Gwnaed yr holl wresogyddion gyda'r aloi gwifren gwrthiant mewnol union yr un fath, dwysedd cywasgu MgO, a gweithdrefn saernïo. Cyrhaeddodd y gwresogyddion caeedig 1.2 mm mewn diamedr amser cymedrig i fethiant o 18,000 o oriau, methiant yn cael ei ddiffinio fel naill ai cylched agored o wifren ymwrthedd neu ymwrthedd inswleiddio o dan 1 megohm. Methodd y gwresogyddion amgaeëdig 1.6mm ar gyfartaledd o 11,500 awr sy'n ostyngiad o 36% mewn oes ar gyfer yr un dwysedd wat ac amodau proses. Dim ond 7,200 awr a barodd y gwresogyddion gorchuddio 2.0 mm, gostyngiad o 60% mewn bywyd dros y grŵp wal teneuaf. Dangosodd mesuriadau thermocwl y tu mewn i'r haen MgO yn ystod y profion, ar ddwysedd wat cyfartal, fod tymheredd gwifrau mewnol gwresogyddion gwain 2.0 mm tua 55 gradd yn uwch na rhai'r unedau 1.2 mm. Roedd y tymheredd uchel yn cyflymu ocsidiad gwifren a cholli gwrthedd MgO. Pan gynhaliwyd yr arbrawf gyda'r dwysedd wat wedi'i ddirywio yn ôl y cysylltiad llinol a ddarganfuwyd yn gynharach, 10.5 W / cm2 ar gyfer y grŵp 1.6 mm a 9.5 W / cm2 ar gyfer y grŵp 2.0 mm, cyflawnodd y tri grŵp hirhoedledd tebyg o 16,000 i 18,000 awr. Mae hyn yn dangos nad yw trwch wal o reidrwydd yn byrhau bywyd gwresogydd, ond yn hytrach mai methiant cynamserol yw'r methiant i wanhau dwysedd wat wrth ofyn am waliau mwy trwchus.

Safon 316 Trwch Gwain a Chyfyngiadau Dwysedd Watiau fesul Cais
Mae'r tabl isod yn dangos y gwerthoedd dwysedd wat uchaf a argymhellir ar gyfer gwresogyddion trochi wedi'u gorchuddio â 316 o ddur gwrthstaen ac a ddefnyddir mewn hylifau proses nodweddiadol. Mae'r rhain yn awgrymiadau ar gyfer gweithrediad parhaus, llif cymedrol o hylif (rhif Reynolds uwchlaw 4,000), a thymheredd gwifren mewnol dymunol o 750 gradd ar y mwyaf. Ar gyfer cyfryngau llonydd neu gludedd uchel, argymhellir cyfraddiad pellach o 20-30%.

Hylif Proses a Thymheredd Nodweddiadol 316 Trwch Wal Gwain 0.8-1.0 mm 316 Trwch Wal Gwain 1.2-1.5 mm 316 Trwch Wal Gwain 1.6-2.0 mm 316 Trwch Wal Gwain 2.2-2.5 mm
Dŵr di-fwynol, 20–60 gradd 18 W/cm2 15 W/cm2 12 W/cm{5}} W/cm2
Dŵr di-fwynol 60–95 gradd 15 W/cm2 12 W/cm2 10 W/cm2 8 W/cm2
Olew ysgafn (ISO VG 32), 40-80 gradd 12 W/cm² 10 W/cm² 8 W/cm² 6.5 W/cm²
Olew Trwm (ISO VG 220), 80-120 gradd 8 W/cm2 6.5 W/cm2 5.5 W/cm2 4.5 W/cm2
Hydoddiant asid gwanedig neu alcalïaidd, 50-80 gradd 10 W/cm2 8.5 W/cm2 7 W/cm2 5.5 W/cm2
Llif isel (dŵr llonydd/corneli tanc) 8 W/cm² 6.5 W/cm² 5 W/cm² 4 W/cm²
Mae'r gwerthoedd hyn yn derfynau gweithredu parhaus diogel ar gyfer dyluniadau gwresogyddion arferol. Os eir y tu hwnt i'r argymhellion hyn, ni fydd yr uned yn methu ar unwaith, ond bydd ei bywyd gwasanaeth yn cael ei leihau'n raddol. Oherwydd y berthynas esbonyddol rhwng tymheredd y wifren a'r gyfradd ocsideiddio, mae bywyd y gwresogydd yn gyffredinol yn gostwng 30-40% gyda chynnydd dwysedd y wat 10% o'r swm derbyniol.

Allbwn Pwer Uchel vs Waliau Trwchus
Ar gyfer cymwysiadau sy'n gofyn am wydnwch mecanyddol gwain wal drwchus 316 ac allbwn pŵer uchel, mae tair techneg beirianyddol i gysoni'r gwrthdaro sy'n ymddangos. Y ffordd gyntaf, symlaf yw cynyddu hyd gwres yr elfen a chynnal y cysonyn pŵer cyffredinol. Gall y watedd cyffredinol fod yr un peth gyda'r hyd trochi ddwywaith mor hir ar hanner dwysedd y wat. Mae hyn yn cadw'r wal drwchus ar gyfer amddiffyniad mecanyddol a thymheredd gwifrau mewnol yn is na'r ystodau derbyniol. Mae'r fasnach -i ffwrdd yn golygu bod y llong yn treiddio'n fwy ac efallai'n costio mwy o ddeunydd. Yr ail ddull yw gwella'r llif hylif dros wyneb y gwresogydd. Gellir lleihau ymwrthedd yr haen ffin hylif gan ffactor o ddau i dri trwy gylchrediad gorfodol, sydd yn ei dro yn gostwng tymheredd y gwain allanol ac yn caniatáu ar gyfer dwysedd wat uwch hyd yn oed gyda waliau trwchus. Gall dolen gylchrediad sydd wedi'i dylunio'n gywir adennill 2-3 W/cm2 o gapasiti dros amodau llonydd. Trydydd dull yw dylunio'n fwriadol ar gyfer tymheredd gwifren mewnol uwch ar gyfer dyletswydd ysbeidiol. Os yw'r gwresogydd yn cael ei weithredu'n ysbeidiol yn unig, ee er mwyn cynnal tymheredd wrth gefn mewn tanc a ddefnyddir ddwywaith y dydd, mae maint y difrod ocsideiddio yn ystod pob cylchred yn gyfyngedig. Mae'r amodau hyn yn caniatáu gwelliant o 20-30% mewn dwysedd wat dros y cyfraddau parhaus heb aberthu'r bywyd gwasanaeth dymunol o flynyddoedd lawer.

Casgliad: Swyddogaeth Watt Dwysedd Trwch Wal Ddim yn Unig
Y prif siop tecawê ar gyfer peirianwyr sy'n nodi 316 o elfennau gwresogi trydan wedi'u lapio â dur di-staen yw na allwch ddewis trwch wal a dwysedd wat yn annibynnol. Gellir disgwyl i wresogydd â waliau tenau sy'n gweithredu ar ddwysedd wat uchel gyrraedd yr un tymheredd gwifren fewnol â gwresogydd â waliau trwchus sy'n gweithredu ar ddwysedd wat isel. Nid yw'r naill na'r llall yn well. Maent yn flaenoriaethau mecanyddol a thermol gwahanol. Y cam cyntaf tuag at y fanyleb gywir yw dod o hyd i'r cyfyngiad cyffredinol. Pan fo angen gwain 2.0 mm neu fwy trwchus ar ofynion mecanyddol megis pwysau, dirgryniad, erydiad, dylid gostwng y dwysedd wat a ganiateir yn gymesur, gan ddefnyddio'r fformiwla derating llinol sy'n deillio o egwyddorion gwrthiant thermol. Fodd bynnag, er mwyn sicrhau dwysedd pŵer uchel mewn amlen fach, mae angen gwain deneuach (1.0 mm neu lai) i gadw'r tymheredd mewnol dan reolaeth. Dylai peirianwyr nodi cyfanswm y pŵer sydd ei angen a thrwch wal gwain uchaf i wneuthurwr y gwresogydd a gofyn i'r gwneuthurwr gyfrifo'r dwysedd wat canlyniadol a dilysu'r oes amcangyfrifedig. Mae'r dull cydweithredol hwn yn arwain at fanyleb sy'n fecanyddol gadarn, yn thermol gytbwys ac wedi'i optimeiddio'n economaidd - gan osgoi cost gudd methiant cynamserol a chost ormodol dyluniadau wedi'u goradeiladu.