O dan Pa Gyfundrefn Llif (Laminar, Trosiannol, Cythryblus) Y Mae Trwch Wal y Gwresogydd Titaniwm yn Dod yn Ymwrthedd Amlycaf i Llif Gwres?

Mae angen i beirianwyr proses sy'n datblygu gwresogydd trochi titaniwm ar gyfer hylif gludedd uchel neu gymhwysiad llif isel wybod pa drefn llif sy'n gwneud trwch wal y gwrthiant thermol rheoli ar gyfer optimeiddio. Mae cyfanswm y gwrthiant thermol i lif gwres (R_total) yn cynnwys tri gwrthiant. Mae'r rhain yn ymwrthedd darfudol o'r hylif i'r wyneb gwain (R_conv), ymwrthedd dargludol trwy'r wal titaniwm (R_cond=t/k_ti) a gwrthiant mewnol o'r elfen wresogi ac inswleiddio (R_int). Mewn llif cythryblus (Re > 10,000) mae R_conv yn isel iawn (0.0001-0.0005 m²·K/W) tra bod R_cond (0.0002 m²·K/W ar gyfer wal 1.5 mm) yn dod yn sylweddol -- fel arfer 30-50% o gyfanswm y gwrthiant. Ar gyfer llif laminaidd (Re < 2,000), mae R_conv yn arwyddocaol (0.002-0.01 m²·K/W neu fwy), ond dim ond 2-10% o gyfanswm y gwrthiant yw R_cond. Trwch y wal yw'r prif wrthiant wrth drosglwyddo o lif cythryblus i laminaidd. Mae hyn yn digwydd pan fydd R_conv < R_cond ac yn digwydd ar gyflymder llif o tua 0.3-1.0 m/s ar gyfer hylifau tebyg i ddŵr ond yn sylweddol uwch ar gyfer hylifau gludiog .

Y cyplydd rhwng cyfundrefn llif a gwrthiant thermol
Mae'r cyfernod trosglwyddo gwres darfudol, h, mewn cyfrannedd â Re^n, lle mae n tua 0.8 ar gyfer llif cythryblus a 0.33 ar gyfer llif laminaidd . R_conv=1/h . Ar gyfer gwresogydd titaniwm gyda wal 1.5 mm R_cond=0.0015 / 7.5=0.0002 m²·K/W. Mae R_conv yn hafal i R_cond pan mae h=5,000 W/m²·K. Gan ddefnyddio cydberthyniadau arferol, mae'r gwerth h hwn yn cyfateb i Re=5,000-10,000-pen isaf y llif cythryblus ar gyfer hylifau tebyg i ddŵr. O dan hyn, mae R_{conv} > R_{cond} a darfudiad yn dominyddu. Ar gyfer rhif Reynolds uwchlaw hyn, R cond > R conv a thrwch y wal yw'r prif wrthiant .

Gludedd Math Hylif (cP) Cyflymder Llif ar gyfer R_conv=R_cond (m/s)Cyflymder Nodweddiadol (1 m/s) Cyfatebol Re Resistance Dominyddol
Dŵr (20 gradd ) 1.0 0.3 – 0.5 7,500 – 12,500Trwch wal (1 m/eiliad, cythryblus)
Dŵr 80 gradd 0.35 0.2-0.3 5,000-7,500 Trwch waliau
Olew ysgafn (30 cP) 30 1.5–2.5 500–800 (laminar) Darfudiad (ar 1 m/eiliad, laminaidd)
Olew canolig (100 cP) 100 3.0-5.0 300-500 (laminar) Darfudiad (laminar, 1 m/s)
Glyserin (50 gradd ) 50 2.0-3.0 400-600 (laminar) Darfudiad
Toddi polymer (1,000 cP) 1,000 8-12 80-120 (laminar) Darfudiad (trwch wal yn ddi-nod)
Nwy (aer, 1 atm) 0.018 < 0.1 > 10,000 Trwch wal (ochr nwy fel arfer yn drech)
Meintioliad Dosbarthiad Gwrthiant Cyfundrefn Llif
Cyfundrefn Llif Parth Amrediad Nodweddiadol h (W/m2K) Rconv (m2.K/W) Rcond (1.5mm Ti) Cyfraniad Trwch Wal (% o R_total Gwrthiant Hegemonig
Laminar (cyflymder isel) < 1,000 100-500 0.002-0.010 0.0002 2-10% Darfudiad
Laminar (cyflymder canolig) 1,000-2,000 500-1,000 0.002-0.001 0.0002 10-20% Darfudiad
Trawsnewidiad 2000-5000 1000-2500 0.001-0.0004 0.0002 20-40% Cymysg
Cythryblus (pen isel) 5,000-10,000 2,500-5,000 .0004-.0002 .0002 40-50% Cymysg i wal
Cythryblus (uchel) > 10,000 5,000-20,000 0.0002-0.00005 0.0002 50-80%Trwch wal
Canllaw Dylunio ar gyfer Gwresogyddion yn Seiliedig ar Gyfundrefn Llif
Llif ac Amodau Cymhwyso Gwrthiant Dominyddol Reynolds Dull Dylunio Trwch Wal Dylanwad
Gwresogydd dŵr, llif pibell 2 m/s 50,000 (cythryblus) trwch wal (50-70%) ) Uchel Lleihau t (defnyddiwch 1.2-1.5 mm). Dim mantais mewn caboli.
Tanc dŵr cynhyrfus, cymysgu uchel 10,000-50,000 Trwch wal Uchel Defnydd wal deneuach Mae tiwbiau diamedr mawr yn lleihau effaith T.
Gwresogydd olew, 0.5 m/s, 30 cP 500 (laminar) Darfudiad (90-95%) Dibwys Nid yw trwch y wal yn bwysig. Cynyddu cyflymder llif neu arwynebedd.
Polymer melt heater, low flow < 100 (laminar flow)Convection (>95%) Dibwys Gellir cynyddu trwch wal heb fawr o effaith. Wal drwchus ar gyfer cryfder.
Gwresogydd nwy (aer, 10 m/s) > 10,000 (cythryblus)Trwch wal Uchel (er bod nwy-ochr h yn isel yn gyffredinol) Gwresogi nwy wedi'i gyfyngu gan nwy{-darfudiad ochr, waeth beth fo'r wal.
Hylif trawsyrru gwres (5 cP), 1 m/eiliad 5,000-10,000 (trosiannol/cythryblus) Canolig Cymysg Safon wal 1.5mm yn dderbyniol. Ystyriwch leihau i 1.2 mm ar gyfer mwy o effeithlonrwydd.
Goblygiadau peirianneg ar gyfer dewis trwch wal
For a turbulent flow regime (Re > 10,000) with a low Rconv, decreasing wall thickness will immediately improve heat transfer. Reducing t from 1.5 mm to 1.0 mm reduces Rcond by 0.000067 m2 .K/W, increasing U by 10-20% when Rconv is 0.0002-0.0004 m2 .K/W. For laminar flow (Re < 2,000) and R_conv >>Nid yw R_wall, trwch wal yn cael unrhyw effaith ar drosglwyddo gwres cyffredinol. Mae gwresogydd titaniwm 2.5 mm o drwch yn perfformio bron yn ogystal â gwresogydd 1.0 mm mewn cymwysiadau toddi olew laminaidd neu bolymer. Y goblygiad ymarferol yw, ar gyfer hylifau gludedd uchel, y dylid dewis trwch wal y gwresogydd ar sail cryfder mecanyddol a gofynion lwfans cyrydiad yn erbyn perfformiad thermol.

Casgliadau: Llif Cythryblus (Re > 5,000-10,000) Rheolau Trwch Wal
Pan fo'r drefn llif yn gythryblus (Re> 5,000-10,000) a R_conv yn llai na R_cond, trwch wal y gwresogydd titaniwm yw'r prif wrthwynebiad i lif gwres. Ar gyfer hylifau tebyg i ddŵr (gludedd ~1 cP mae hyn yn digwydd pan fo cyflymder llif dros 0.3-0.5 m/s. Yn yr amgylchedd hwn, mae gostwng trwch wal o 1.5 mm i 1.0 mm yn cynyddu'r cyfernod trosglwyddo gwres cyffredinol 10-20%. Ar gyfer llif laminaidd (Re < 2,000), nid yw perfformiad waliau thermol yn docker trwch yn bwysig ar gyfer darfudiad a thrwch wal. cryfder mecanyddol heb gost thermol Ar gyfer gwresogydd titaniwm, bydd angen y gludedd hylif, y cyflymder llif disgwyliedig a diamedr y tiwb ar y cyflenwr i gyfrifo rhif Reynolds a phenderfynu a fydd gostyngiad mewn trwch wal yn gwella effeithlonrwydd thermol neu os oes angen newidiadau dylunio eraill (llif uwch neu arwynebedd).