Pam Mae PFA nad yw'n-Glynu Nodweddiadol Weithiau'n Lleihau'r Effeithlonrwydd Gwresogi Wrth Ymdrin â Chyfryngau Gludedd Uchel?

Wrth ddylunio gwresogyddion trochi ar gyfer hylifau gludedd uchel fel gludyddion toddi poeth, hydoddiannau polymer crynodedig, bitwmen neu resinau epocsi, mae peirianwyr yn aml yn pennu gwain PFA (perfflworoalkoxy alcan) ar gyfer eu gwrthiant cemegol bron yn gyffredinol ac arwyneb rhagorol nad yw'n glynu. Disgwylir i'r gorchudd fflworopolymer ffrithiant isel, llyfn ddileu-ar ddyddodion sydd wedi'u coginio, lleihau'r amser segur glanhau a chadw'r arwyneb gwresogi yn lân am byth. Fodd bynnag, mae data maes o linellau prosesu polymer parhaus a thanciau dal gludiog yn dangos ffenomen syndod: gall y nodwedd anlynol iawn sy'n gwneud PFA yn ddymunol, o dan rai amodau llif gludiog, leihau'r gallu i drosglwyddo gwres yn ddramatig. Gwneir hyn trwy ddatblygu haen ffin sefydlog wedi'i insiwleiddio'n thermol sy'n glynu'n wan at y gwresogydd ond sy'n cael ei ddal yn ei erbyn gan gludedd uchel y swmp hylif. Er mwyn deall yr effaith hon, mae angen i ni edrych ar ddeinameg hylifol rhyngwyneb hylif y gwresogydd ac nid dim ond ar baramedrau'r deunydd.

Y Ffenomen Ishaenog Gludiog Arwyneb Isel-Adlyniad
Mewn unrhyw sefyllfa gwresogi darfudiad gorfodol neu naturiol, mae gan yr haen hylif ger y wal solet gyflymder is na'r llif swmp. Ar gyfer hylifau gludedd isel fel dŵr neu asidau gwanedig, mae'r haen ffin hon fel arfer yn llai na 0.5 mm o drwch ac mae ei effaith insiwleiddio yn fach o'i gymharu â'r cyfernod trosglwyddo gwres cyffredinol. Mae cyfryngau gludedd uchel (a ddiffinnir yma fel gludedd deinamig > 500 cP ar dymheredd gweithredol) yn gweithredu'n sylfaenol wahanol. Mae trylededd momentwm mor isel fel y gall yr is-haen gludiog fod 3–8 mm o wyneb y gwresogydd, yn enwedig mewn tanciau tawel heb gynnwrf mecanyddol.

Mae'r haen hon yn symud yn araf ar wresogydd metel safonol gyda garwder arwyneb cymedrol (Ra 0.8-1.6 µm). Mae cyfnewid gwres yn digwydd trwy ddarfudiad naturiol y tu mewn i'r haen ei hun, gan ffurfio trolifau cymysgu micro-sgopig i adnewyddu'r hylif sydd mewn cysylltiad â'r wal boeth. Mewn cyferbyniad, mae gan yr wyneb PFA egni arwyneb isel iawn (gwerth arferol 18-20 mN / m) ac mae'n llyfn iawn (Ra yn aml<0.2 µm) and this prevents any inclination of the adjacent layer to detach or roll over. The high-viscosity fluid just glides over the fluoropolymer surface without producing disruptive flow patterns. As a result, the thermal boundary layer is much thicker and more stagnant than that on a surface with intermediate roughness or higher adhesion. Infrared thermography quantitative measurements of the steady‑state boundary layer thickness on PFA were 2.3 times that of a stainless steel 316 sheath for the same power input and tank geometry in a bath of 10,000 cP silicone oil at 150 °C.

Meintioli'r gosb trosglwyddo gwres: o ddamcaniaeth i ddata mesuredig.
Mae'r gostyngiad mewn effeithlonrwydd gwresogi yn ganlyniad uniongyrchol i gyfraith Fourier fel y'i cymhwysir i'r is-haen gludiog. Mynegir y llif gwres q fel q=h (Tsurface − Tbulk) lle h yw'r cyfernod trosglwyddo gwres darfudol. Ar gyfer hylifau rhif Pr uchel (Pr > 100, sy'n gyffredin ar gyfer cyfryngau gludiog) mae cydberthynas rhif Nusselt Nu=h·L/k yn dylanwadu'n sylweddol ar nodwedd "gwlybedd" neu adlyniad y wal, y mae PFA yn ei leihau'n bwrpasol. Dangosodd data arbrofol o brawf labordy rheoledig gan ddefnyddio hylif polybutene 50,000 cP ar 180 gradd , a berfformiwyd gyda geometregau gwresogydd union yr un fath ac eithrio'r deunydd gwain, fod y gwresogydd gwain PFA wedi cyrraedd tymheredd arwyneb uchaf o 220 gradd cyn cyrraedd fflwcs gwres o ddim ond 1.8 W/cm ^ 1 (1.8 W/cm^2, Inc. 2.9 W / cm ^ 2 o dan yr un terfyn tymheredd arwyneb. Mewn geiriau eraill, gostyngodd natur an{17}}PFA y dwysedd pŵer defnyddiol tua 38% ar gyfer yr hylif gludedd uchel penodol hwn. Mae hyn yn llawer mwy amlwg pan fydd yr hylif yn cynnwys gronynnau crog neu ffibrau, a fydd ar wyneb garw yn gweithredu fel micro-gynhyrfwyr, ond ar PFA yn llithro heibio heb darfu ar yr haen derfyn.

Pam Mae "Arwyneb Glân" yn Dod yn Rhwystr wrth Ddim yn Symud
Mae'r un nodwedd nonstick sy'n atal dyddodion wedi'u pobi hefyd yn atal cynhyrchu haen ffin thermol sefydlog, ymlynol a allai gael ei thorri o bryd i'w gilydd gan amrywiadau llif. Mewn tanc gyda chynnwrf mecanyddol neu ailgylchrediad mae'r gost hon yn cael ei leihau gan fod y cyflymder swmp yn ysgubo'r haen ffin boeth yn barhaus. Mae llawer o brosesau gludedd uchel, fodd bynnag, yn defnyddio cynnwrf cymedrol neu ysbeidiol yn fwriadol er mwyn osgoi awyru neu ddiraddio polymerau sensitif i gneifio. Mewn achosion o'r fath gall cragen ddisymud i bob pwrpas o hylif gludedd uchel poeth orchuddio'r wain PFA a gweithredu fel blanced thermol. Roedd lluniau isgoch o wresogydd PFA mewn bitwmen 100,000 cP ar 160 gradd am ddwy awr yn dangos rhanbarth crwn sefydlog o hylif tua 5 mm o drwch gyda thymheredd tua 8-12 gradd yn llai nag arwyneb y wain tra bod y tymheredd swmp ar ei hôl hi o lawer. Roedd gwresogydd metel gyda'r un geometreg ond ynni arwyneb ychydig yn uwch yn cynhyrchu plu darfudol gweladwy a oedd yn gwahanu oddi wrth yr wyneb yn rheolaidd, gan arwain at amser cynhesu swmp cyflymach o 40%.

Canllaw Dethol Cymharol: Pan mai PFA Di-glud Yw (neu Ddim) Y Gorau ar gyfer Gwresogi Gludiog
Darperir fframwaith penderfyniad yn seiliedig ar y brif gyfundrefn lif, yr ystod gludedd a'r cyfnewidiad derbyniol rhwng cyfleustra glanhau ac effeithlonrwydd thermol yn y tabl isod. Cyn penderfynu'n derfynol ar y deunydd gwain, dylai peirianwyr wirio rhif Prandtl eu hylif unigol a'r trwch haen ffin ddisgwyliedig trwy brawf bicer labordy syml.

Amodau Proses a Gludedd Ystod Deunydd Gwain a Argymhellir ac Arwyneb Rhesymeg Graidd ar gyfer Effeithlonrwydd Gwresogi
Tanc tawel gludedd uchel (1,000-100,000 cP) dim cynnwrf amseroedd dal hir Metel garw (ee dur di-staen, Incoloy) neu PFA gyda meicro-wyneb gwead metel wedi'i deilwra yn achosi aflonyddwch darfudol micro ar is-haen gludiog ac yn gwella fflwcs gwres llyfn o'i gymharu â 3% 50%. Derbyn glanhau cyfnodol ar gyfer adneuon wedi'u coginio. *
Gludedd uchel, ailgylchrediad parhaus (Re> 2,300 mewn dolen wresogi) PFA llyfn safonol Mae swmp-lif yn ysgubo haen y ffin yn barhaus. Mae mantais nonstick yn atal cronni blaendal. Bach (<10%) heating efficiency penalty compared to metal.
Gludedd canol (100-1000 cP), cynnwrf ysgafn neu droelliad achlysurolPFA gyda boglynnu arwyneb neu rigolau helical Mae gwead peirianyddol yn torri'r haen derfyn tra'n caniatáu rhyddhau'r rhan fwyaf o hylifau nad ydynt yn glynu. Y cyfaddawd gorau ar gyfer trosglwyddo gwres a glendid.

Toddi polymer (sensitif i gneifio) (ee PVC plastisol, prepolymer PU) Peidiwch â glynu, osgoi cynhyrchion diraddiol. Gwresogydd rhy fawr i wneud iawn am gosb trosglwyddo gwres o 30-40%.