Beth Yw'r Pellter Diogel Rhwng Gwresogydd Trochi PFA a'r Wal Danc i Atal Diraddio Polymer?

Os yw gwresogyddion trochi PFA yn rhy agos at wal y tanc, bydd ardal leol o hylif llonydd neu hylif sy'n llifo'n araf yn datblygu rhwng y gwresogydd a wal y tanc. Mae'r llif darfudiad nodweddiadol sy'n cludo gwres i ffwrdd o'r wain PFA yn gyfyngedig yn y gofod cyfyngedig hwn. Mae'r hylif yn y bwlch yn cynhesu'n araf, mae ei ddwysedd yn lleihau ac mae'n cael ei ddal o dan yr hylif cynhesach uchod. Gelwir y ffenomen hon yn marweidd-dra hylif neu'n sianelu, ac mae'r cyfernod trosglwyddo gwres lleol 50-80% yn is na chyfernod gwresogydd dirwystr. Mae tymheredd wyneb y wain PFA tuag at y wal 15-40 gradd yn uwch na'r ochr tuag at y tanc agored. Mae hyn yn cyflymu dirywiad y polymer, yn hyrwyddo pothellu ac yn lleihau bywyd y gwresogydd. Gellir gwerthuso'r pellter diogel trwy gydbwyso effeithlonrwydd gofod y tanc a'r angen am gylchrediad hylif priodol ar draws cylchedd cyfan y gwresogydd.

Dynameg Hylif yn y Gwresogydd-i-Bwlch Wal
Ar gyfer gwresogydd silindrog fertigol wedi'i osod yn gyfochrog â wal tanc fflat, lled y bwlch (g) yw'r pellter rhwng wyneb allanol y gwresogydd a'r wal. Mae gan ddarfudiad naturiol yn y bwlch gyfundrefnau lluosog yn ôl y rhif Rayleigh di-dimensiwn. Pan fo g yn fwy na 3–4D, mae'r bwlch yn gweithredu fel sianel agored, ac mae'r cyfernod trosglwyddo gwres yr un peth â chyfernod gwresogydd sy'n sefyll yn rhydd. Pan fo g yn llai na 1.5D, mae'r pluen hylif esgynnol o'r gwresogydd yn tarfu ar haen ffin y wal. Mae'r hylif wedi'i gynhesu yn llifo i fyny yn y bwlch bach, gan ffurfio jet cyflymder uchel sy'n dal hylif oerach oddi tano. Mewn gwirionedd, mae'r jet hwn yn gwella'r trosglwyddiad gwres ar gyfer y bylchau o 0.5D i 1.0D. Mae'r drefn beryglus mewn bylchau rhwng 0.1D a 0.4D. Mewn llecynnau mor fach mae'r wal yn cyfyngu ar dyfiant y jet ar i fyny. Mae trapio hylif yn achosi gostyngiad yn y rhif Nusselt lleol (cyfernod trosglwyddo gwres di-dimensiwn) i 30-50% o werth y llif rhydd.

Ar gyfer gwresogydd PFA safonol 25 mm diamedr (D=25 mm) mae'r trothwy pellter diogel tua 1.0D=25 mm o wal y tanc. Mae'r drefn marweidd-dra yn dechrau ar 10 mm (0.4D). Mewn dŵr ar 90 gradd gyda bwlch o 5 mm mae'r data arbrofol yn datgelu'r cyfernod trosglwyddo gwres ar yr ochr sy'n wynebu'r wal i'w leihau o 800 W/m2K (rhyddlif) i 250-350 W/m2K. Ar gyfer gwresogydd sy'n gweithredu ar 5 W/cm2, mae'r gostyngiad hwn yn codi tymheredd wyneb y PFA i 135-145 gradd ar y wal sy'n wynebu'r ochr o 105 gradd, sef cynnydd o 30-40 gradd. Mae cyfradd treiddiad dŵr ac asidau trwy PFA ar 145 gradd ddwywaith mor uchel ag ar 105 gradd ac mae cryfder tynnol y polymer yn gostwng 15-20%. Mae'r man poeth hwn yn lleol ac yn achosi pothellu neu gracio cynamserol ar ochr y wal, mae ochr agored yn ddianaf. Mwy na 5,000 o oriau gweithredu.

Dibyniaeth Materol a Thymheredd y Pellter Isafswm
The safe minimum distance is proportional to the expected heat flux and the thermal diffusivity of the fluid. The stagnation effect is more noticeable in high heat flux (>8 W/cm2) cais oherwydd bod y cynnydd tymheredd yn y bwlch yn uwch. Pan fydd amgylchiadau o'r fath yn digwydd, dylid cynyddu'r bwlch diogel lleiaf i 1.5 D. Ar gyfer llif gwres isel (<3 W/cm²), gaps as small as 0.3D may be allowed, as the temperature rise is still below safe limits. The fluid viscosity also affects the behaviour. Even in open tanks, high viscosity oils (>1,000 cP) â darfudiad naturiol gwan. Mae'r gosb marweidd-dra mewn bylchau bach yn llai difrifol gan fod y cyfernod trosglwyddo gwres rhydd eisoes yn isel (100–200 W/m²·K). Nid yw'r broblem gydag olew yn orboethi cymaint â lleihau trosglwyddo gwres yn gyffredinol. Mae'r gosb marweidd-dra mwyaf difrifol a'r gofynion pellter diogel mwyaf yn digwydd mewn dŵr ac asidau gwanedig (gludedd isel, trylededd thermol uchel).

Mae deunydd wal y tanc yn bwysig gan ei fod yn diffinio cyflwr y ffin. Gall wal tanc metel (dargludedd thermol uchel) drosglwyddo gwres i ffwrdd o'r bwlch, gan leihau marweidd-dra yn rhannol. Mae'r wal fetel yn sinc gwres, gan gadw'r hylif yn y bwlch yn oerach nag mewn tanc plastig neu danc wedi'i orchuddio. Ar gyfer tanciau dur di-staen, gellir lleihau'r bwlch lleiaf diogel 20 i 30 y cant yn fwy na'r bwlch ar gyfer tanciau polypropylen neu FRP. Fodd bynnag, os yw'r wain PFA yn cyffwrdd â'r wal, mae posibilrwydd o fai ar y ddaear gyda thanc metel. Ar gyfer folteddau hyd at 480 V, dylai fod isafswm cliriad trydanol o 12 mm, waeth beth fo'r ystyriaethau thermol.

Canllaw i Isafswm Pellter Diogel yn ôl Paramedrau Cais
Diamedr Gwresogydd (D) Hylif Gwres Gwres Cymhwysol Math (Gludedd) Deunydd Wal Tanc Isafswm Bwlch a Argymhellir Effaith o 50% Lleihad yn y Bwlch
20-25 mm<3 W/cm2 Water, dilute acid (low viscosity)Plastic (PP, PVC, FRP) 0.5D (10–12 mm) Surface temp rise: 8–12°C; suitable for non-critical 20–25 mm 3–6 W/cm² Water, dilute acid Plastic 1.0D (20–25 mm)Surface temp rise: 20-30 C; blistering in 2,000 hr
20-25 mm 3-6 W/cm2 Water, dilute acid Metal (SS, titanium) 0.7D (14-18 mm) Metal wall sinks heat, temp rise 12-18°C 20-25 mm >8 W/cm2 Unrhyw-hylif gludedd isel Unrhyw fwlch 1.5D (38-40 mm)<1.0D causes rapid degradation (<500 hours)
30–40 mm (gwresogydd mawr-diamedr) 3–6 W/cm² Dŵr, asid gwanedig Plastig 1.0D (30–40 mm) mwy D angen bwlch mwy yn yr un modd
Any diameter Any heat fluxHigh-viscosity oil (>1,000 cP) Unrhyw gosb marweidd-dra 0.3D (lleiafswm 10 mm); mae gludedd olew yn cyfyngu ar ddarfudiad beth bynnag
Unrhyw ddiamedr Unrhyw hylif berwi Unrhyw swigod anwedd 1.5D munud Mae angen lle i ddianc rhag Bwlch<1.0D produces vapour blanketing
Tanc bach (llydan<5D) Any Any Any Not applicable Center mounting required; wall clearance is insufficient; use numerous smaller heaters
Gwirio Gosodiad Ymarferol
Mae dau brawf maes yn dangos nad oes gan osodiadau presennol ddigon o le lle na ellir mesur y pellter yn uniongyrchol (gwresogyddion wedi'u cuddio gan fracedi neu fflansau). Yn gyntaf, mesurwch dymheredd arwyneb PFA ar yr ochr sy'n wynebu'r wal gan ddefnyddio thermomedr isgoch trwy borthladd golwg neu yn ystod draenio tanc. Cydnabuwyd marweidd-dra pan oedd y gwahaniaeth tymheredd rhwng yr ochr sy'n wynebu'r wal ac ochr y tanc agored yn fwy na 15 gradd . Yn ail, gwiriwch y wal sy'n wynebu ochr gwresogydd egniol am afliwiad lleol (melyn-brown) neu bothellu. Mae'r symptomau hyn ar ochr y wal ymhell cyn i'r ochr agored ddangos unrhyw dystiolaeth o ddirywiad. Ar gyfer gosodiadau newydd, defnyddiwch wahanwyr neu standoffs sy'n cynnal isafswm gofod diffiniedig. Nid yw metel yn ddewis da ar gyfer standoffs, oherwydd gall ffurfio llinellau fai daear. Standoffs plastig (PVDF neu PTFE) yw'r dewis gorau. Mae standoffs sefyllfa yn union ar frig a gwaelod y gwresogydd - standoffs canol{{.yn cynhyrchu eu pwyntiau marweidd-dra eu hunain. Os yw maint y tanc yn arwain at isafswm is na'r hyn sy'n ofynnol, lleihau dwysedd wat y gwresogydd 25-30% i wrthbwyso'r trosglwyddiad gwres is. Gallai gwresogydd â dwysedd wat is a bwlch 0.3D gyrraedd yr un tymheredd arwyneb PFA â gwresogydd confensiynol gyda bwlch 1.0D. Neu rhowch ddau wresogydd bach yn lle un gwresogydd enfawr. Rhowch nhw i ffwrdd o'r waliau ac i ffwrdd oddi wrth ei gilydd.

CASGLIAD MAE UN DIAMETER YN RHEOL DA
The safe minimum distance between a PFA immersion heater and the tank wall for water-based and dilute acid applications, at moderate heat flux (3~6 W/cm2), is one heater diameter (1.0D). Such spacing prevents the stagnation regime increasing PFA surface temperature by 20-30°C and reducing heater life by 50-70%. In metal tanks the gap can be as much as 0.7 D since the conductive wall steals heat from the gap. In high viscosity fluids (>1000 cP), mae'r bwlch yn llai pwysig gan fod darfudiad naturiol yn wan waeth beth fo'r cliriad ond mae 0.3D yn dal i fod yn isafswm rhesymol ar gyfer clirio mecanyddol. Ar gyfer hylifau berwedig, dylid cynyddu'r bylchau i 1.5D i ganiatáu i swigod anwedd ddianc heb daro'r wal. Gall y cydberthynas Nu gap/Nu free=1-exp(-1.2 g/D) gael ei ddefnyddio gan beirianwyr sy'n ymwneud ag adeiladu cynlluniau tanciau cryno i gyfrifo'r cynnydd tymheredd a ragwelir yn y bwlch ar gyfer g/D < 1.0. Os yw'r tymheredd arwyneb a gyfrifir yn fwy na 150 gradd ar gyfer gweithrediad parhaus neu 170 gradd ar gyfer gweithrediad ysbeidiol, naill ai cynyddu'r bwlch neu leihau dwysedd wat. Mae'r methiant maes mwyaf nodweddiadol o glirio amhriodol-losgi lleol ar y wal-yn wynebu'r ochr ar ôl 1,000-3,000 o oriau yn cael ei osgoi'n llwyr trwy barchu'r rheol un-diamedr yn ystod y gosodiad.