בעיית הקור
מתקן גדול לציפוי PCB מפעיל לוחות חימום PTFE במיכלי נחושת חומציים של 2,000 ליטר. מיפוי טמפרטורה חושף פסי קור מתמשכים-רצועות אנכיות צרות על פני הצלחת, קרירות ב-4-6 מעלות מהאזורים שמסביב. הפסים מתיישרים עם צללי הזרימה של חרירי ערבול סמוכות. האזורים הקרים יוצרים עובי ציפוי לא אחיד בחלקים העוברים ליד אותם אזורים. איכות הייצור משתנה על פני המיכל, וצוות התחזוקה רודף אחרי הבעיה כבר חודשים ללא הצלחה.
פסים קרים על משטחי לוחות חימום PTFE מתחברים ישירות לפיזור נוזלים לא אחיד. הבנת דפוסי זרימה היא הדרך היחידה לבטל אותם.
כיצד זרימה משפיעה על טמפרטורת פני השטח
העברת חום ממשטח ה-PTFE לאמבטיה באמצעות הסעה. מקדם ההסעה תלוי במהירות הנוזל על פני השטח. מהירות גבוהה יותר פירושה יותר הסרת חום וטמפרטורת פני שטח נמוכה יותר. מהירות נמוכה יותר פירושה פחות הסרת חום וטמפרטורת פני השטח גבוהה יותר. פסים קרים מתרחשים כאשר מהירות הזרימה גבוהה מהממוצע, ויוצרים קירור מקומי.
שינוי המהירות לא צריך להיות גדול. הפרש מהירות של 0.2 מטר לשנייה יוצר שינוי טמפרטורת פני השטח של 3-5 מעלות. במיכלי ציפוי עם מספר ערבולים, תבנית הזרימה יוצרת אזורי מהירות- גבוהים ואזורי מהירות נמוכה צפויים.
| מהירות זרימה על פני השטח | מקדם העברת חום | טמפרטורת פני השטח (אמבטיה של 60 מעלות) | תוֹצָאָה |
|---|---|---|---|
| 0.1 מ"ש (קפאון) | 300-400 W/m²K | 68-72 מעלות | אזור חם |
| 0.3 מ' לשנייה (רגיל) | 500-600 W/m²K | 63-66 מעלות | אזור רגיל |
| 0.5 מ"ש (מוגבה) | 700-800 W/m²K | 60-63 מעלות | אזור קריר |
| 0.8 מ"ש (גבוה) | 900-1000 W/m²K | 58-60 מעלות | פס קר |
זיהוי דפוס הזרימה
השלב הראשון הוא מיפוי דפוס הזרימה. תצפית חזותית פשוטה עם צבע או חלקיקים קטנים חושפת את התפלגות הזרימה על פני הצלחת. גישה כמותית יותר: התקן ברזי לחץ על פני הצלחת או השתמש במד רוח נייד למדידת מהירות במספר נקודות.
במתקן אחד, מיפוי זרימה חשף את פסי הקור שחפפו לקו הישיר מחרירי התסיסה. זרימת החרירים יצרה פסי מהירות- גבוהים על פני הלוח, בעוד שלאזורים בין החרירים הייתה מהירות נמוכה בהרבה. דפוס הטמפרטורה שיקף ישירות את דפוס הזרימה.
ביטול פסי קור
התאמת זרבובית: הפניית חרירי ערבול כדי למנוע פגיעה ישירה במשטח צלחת החימום PTFE. יש להפנות את הזרימה לאמבטיה בתפזורת, לא ישירות לצלחת. סיבוב זרבובית של 15 מעלות ביטל פסים קרים במתקן אחד תוך שמירה על זרימת דם מספקת.
מבבלי זרימה: התקנת משטחים בין החרירים לפלטת החימום PTFE כדי לפזר את הזרמים המהירים-. הבפלים ממירים סילוני-מהירות גבוהה לזרימה מבוזרת-נמוכה, ומבטלים אזורים קרים.
מיקום מחדש של הצלחת: הזזת פלטת החימום PTFE למקום עם זרימה אחידה יותר. במיכלים מלבניים, למרכז יש לעתים קרובות את הזרימה האחידה ביותר. התקנת לוחות ליד הקיר או הפינות יוצרת צללי זרימה.
| שיטת תיקון זרימה | שיפור אחידות מהירות | עֲלוּת | מוּרכָּבוּת |
|---|---|---|---|
| סיבוב זרבובית (15 מעלות) | 40-60% | $0 (התאמה פשוטה) | נָמוּך |
| פלטות זרימה (צלחות מחוררות) | 60-80% | $200-500 | לְמַתֵן |
| מיקום מחדש של הצלחת | 30-50% | 0-500 $ (ייתכן שיהיה צורך בסוגריים חדשים) | לְמַתֵן |
| כותרת הפצה נוספת | 70-90% | $1,000-2,000 | גָבוֹהַ |
ניטור התפלגות הטמפרטורה
לאחר תיקון הזרימה, מיפוי הטמפרטורה מאשר את השיפור. צמדים תרמיים הממוקמים במספר נקודות על פני צלחת החימום PTFE מודדים את חלוקת הטמפרטורה החדשה. הפרש טמפרטורת הפס הקר אמור לרדת מ-4-6 מעלות לפחות מ-2 מעלות. אם ההבדל נמשך, יש צורך בתיקון זרימה נוסף.
כאשר פסים קרים הם למעשה נקודות חמות
פס קר בחלק אחד של הצלחת פירושו לעתים קרובות נקודה חמה במקום אחר. תפוקת החום הכוללת קבועה-אם אזור אחד מתקרר, אזור אחר חייב להתחמם. האזור החם הוא המקום שבו הזרימה עומדת. הדמיה תרמית של כל פני הצלחת חושפת הן את הפסים הקרים והן את האזורים החמים המתאימים. האזורים החמים מראים לעתים קרובות את הסימנים הראשונים של השפלה.
פתרון הפשרה
לפעמים ביטול פסים קרים לחלוטין אינו מעשי-הגיאומטריה של המיכל אינה מאפשרת חלוקת זרימה אידיאלית. במקרים אלה, הפתרון המעשי הוא שינוי עיצוב לוחית החימום PTFE. צלחות עם צפיפות וואט משתנה יכולות לפצות על דפוסי זרימה. צפיפות וואט גבוהה יותר באזורי-זרימה גבוהה, צפיפות וואט נמוכה יותר באזורי-זרימה נמוכה. גישה זו דורשת ייצור מותאם אישית אך מבטלת את וריאציות הטמפרטורה מבלי לשנות את זרימת המיכל.
המלצה מעשית
התחל עם התאמת חרירי-זה בחינם ולעתים קרובות מספיק. הסיבוב של 15 מעלות חיסל פסי קור ברוב המקרים במתקן המתואר. אם הבעיה נמשכת, התקן מבדלי זרימה. שקול מיקום מחדש של לוחות רק אם שני השלבים הקודמים נכשלים, מכיוון שזה דורש את מירב זמן ההנדסה וההתקנה. הנתונים ממספר מתקנים מראים שניתן לפתור 80% מהבעיות של פסי קור באמצעות התאמת חרירים בלבד, מה שחוסך זמן והוצאות של שינויים מורכבים יותר.
