מפעל גימור מתכת התקין מחממי טבילה זהים 5 קילוואט PTFE בשני מיכלי ניקוי בגודל ובאותו כימיה. מיכל אחד השתמש בזרימת אוויר ב-2 CFM למטר ליניארי. השני הסתמך על ערבוב ידני מדי פעם. שני המחממים פעלו ב-1.4 W/cm². תנור החימום המוזרם החזיק מעמד ארבע שנים. תנור החימום ללא עירוב נכשל תוך אחד עשר חודשים. אותו הספק. אותה אמבטיה. זרימה שונה.
קצב התסיסה הוא המשתנה הממיר מפרט צפיפות וואט נומינלי למצב הפעלה בטוח בפועל. מספר צפיפות הוואטים בגליון נתונים מניח זרימת בסיס מסוימת. כאשר הזרימה בפועל במחמם יורדת מתחת להנחה זו, צפיפות הוואטים הבטוחה יורדת-והמחמם משלם את המחיר.
שכבת הגבול: היכן מתרחשת למעשה העברת חום
חום יוצא מהמחמם דרך סרט דק של נוזל הנקרא שכבת הגבול התרמית. בשכבה זו, החום נע על ידי הולכה, לא הסעה. ככל שהשכבה דקה יותר, כך חום בורח מהר יותר וטמפרטורת פני החימום נמוכה יותר עבור צפיפות וואט נתונה.
מהירות הזרימה שולטת בעובי שכבת הגבול. ב-0.5 מ"מ לשנייה, השכבה עשויה להיות מתחת ל-1 מ"מ. בקצב של 0.05 מ"ש-בפועל עומד-הוא יכול לגדול ל-3-5 מ"מ. שכבה עבה יותר פירושה התנגדות תרמית גבוהה יותר, כלומר טמפרטורת פני החימום גבוהה יותר באותה הספק.
הקשר אינו ליניארי. חציית מהירות הזרימה אינה מכפילה את עובי שכבת הגבול. אבל בטווח המהירויות הנמוכות- האופייני למיכלי ציפוי מתסיסים בצורה גרועה, שינויים קטנים בזרימה מייצרים שינויים גדולים בהעברת החום. זו הסיבה שתנור חימום שמתפקד היטב במיכל אחד נכשל בטרם עת במכל אחר עם צפיפות וואט זהה אך ערבול חלש יותר.
| מהירות זרימה מקומית | עובי שכבת גבול | מקדם העברת חום | מחמם ΔT ב-1.2 W/cm² | צפיפות וואט בטוחה |
|---|---|---|---|---|
| >0.5 m/s | <1 mm | גָבוֹהַ | 6-10 מעלות | 1.6–2.0 W/cm² |
| 0.2–0.5 m/s | 1-2 מ"מ | בינוני-גבוה | 10-16 מעלות | 1.3-1.6 W/cm² |
| 0.1–0.2 m/s | 2-3 מ"מ | לְמַתֵן | 16-24 מעלות | 1.0–1.3 W/cm² |
| <0.05 m/s | 3-5 מ"מ | נָמוּך | 24-40 מעלות | 0.6–0.9 W/cm² |
יחסי מהירות זרימה וצפיפות וואט עבור אמבטיות תהליך מימי ב-50-80 מעלות
מדוע טנק-ערבול מפלס אינו שווה לחימום-זרימת מפלס
שגיאת מפרט נפוצה היא בהנחה שעירבול במיכל מגיע למחמם. צינורות זרימה ממוקמים כדי להעביר נוזל סביב חלקי עבודה, לא סביב תנורי חימום. מחנכים מכוונים לאזור התהליך. המחמם יושב בפינה, מאחורי מוביל מתלה, או מתחת למנגנון העברה שבו הזרימה היא שבריר מהממוצע בתפזורת.
מדידות שדה במיכלי ציפוי מראות באופן עקבי שהמהירות המקומית במשטח המחמם נמוכה ב-30-70% מהמהירות הממוצעת של המיכל.- באזורים מתים-פינות, מאחורי מכות, מתחת למתקנים-זה יכול להיות נמוך ב-80-90%.
זו הסיבה שבחירה בצפיפות וואט המבוססת על התסיסה ברמת המכל- מעריכה יתר על המידה את הגבול הבטוח. המחמם פועל בסביבת זרימה גרועה משמעותית ממצב מיכל התפזורת. צפיפות הוואטים שעובדת בנפח הראשי נכשלת במחמם.
שיטות התסיסה וההגעה שלהן
שיטות ערבול שונות מספקות מאפייני זרימה שונים במשטח המחמם.
זרימת אוויר היא השיטה הנפוצה ביותר. זה יעיל בערבוב בתפזורת אבל מייצר מערבולת מקומית ליד צינור הזרזיף שמתפרקת עם המרחק. מחמם הממוקם במרחק של 300 מ"מ מהזרם עשוי לראות רק 20-30% מהמהירות הנמדדת בצינור.
זרימת מחנך מספקת זרימה מכוונת יותר. זרבובית המכוונת למשטח המחמם מספקת סילון מרוכז השומר על מהירות למרחק ארוך יותר. זוהי השיטה היעילה ביותר לשיפור הזרימה במיקום ספציפי.
תנועת חלקי העבודה-סיבוב החבית או תנודת המתלה-תורמים לערבוב בתפזורת אך לעיתים רחוקות מייצר מהירות משמעותית במשטח המחמם אלא אם חלקי העבודה עוברים קרוב למחמם.
מחזור משאבה עם תא חימום ייעודי מספק את הזרימה האחידה ביותר. משאבה קטנה שואבת מהמיכל ונפלטת על פני המחמם, תוך שמירה על מהירות עקבית ללא קשר לתסיסה אחרת. סידור זה נפוץ במיכלי ציפוי גדולים שבהם אמינות המחמם היא קריטית.
| שיטת תסיסה | מהירות במחמם (מרחק 300 מ"מ) | עלייה בצפיפות וואט אפשרית | עלות ציוד | האפליקציה הטובה ביותר |
|---|---|---|---|---|
| בלי תסיסה | <0.05 m/s | קו בסיס | אַף לֹא אֶחָד | לא מומלץ |
| זרימת אוויר, כללי | 0.05–0.1 m/s | +0.1–0.2 W/cm² | נָמוּך | טנקים קטנים |
| זרימת אוויר, בימוי | 0.1–0.2 m/s | +0.2–0.3 W/cm² | נָמוּך | רוב מיכלי הציפוי |
| מחנך במחמם | 0.3–0.5 m/s | +0.3–0.5 W/cm² | לְמַתֵן | אמבטיות צמיגות |
| מחזור ייעודי | 0.4–0.6 m/s | +0.4–0.6 W/cm² | גבוה יותר | יישומים קריטיים |
נתוני מהירות וצפיפות וואט ממדידות שדה במיכלי ציפוי ועיבוד כימי
התאמת צפיפות הוואט לזרימת המחמם בפועל-
הגישה המעשית היא למדוד או להעריך את מהירות הזרימה במיקום המחמם, לא את ממוצע המיכל. אם המדידה אינה מעשית, השתמש בהערכות שמרניות המבוססות על מיקום המחמם ושיטת התסיסה.
עבור תנור חימום בפינה עם זלילה כללית בלבד, הנח 0.05-0.1 מ'/שניה. עבור תנור חימום בנתיב הזרימה הראשי עם זרזוף מכוון, הנח 0.2-0.3 מ"ש. עבור תנור חימום עם מחנך או מחזור ייעודי, הנח 0.3-0.5 מ'/שניה.
בחר צפיפות וואט מהשורה המתאימה בטבלה למעלה. אם שטח הפנים הדרוש בצפיפות הוואט הזו חורג משטח המיכל הזמין, האפשרויות הן לשפר את התסיסה, להפחית את הספק הכולל, או להשתמש בתצורת מחמם מותאמת אישית המספקת שטח פנים גדול יותר.
שיפור זרימה ללא שינויים גדולים
פיית eductor קטנה הממוקמת 150-250 מ"מ מהמחמם ומכוונת לאורך משטח המחמם יכולה להעלות את המהירות המקומית מסטגנציה ל-0.3-0.5 מ"ש. ניתן להניע את הזרבובית על ידי משאבה קטנה או על ידי אוויר דחוס ועלות ההתקנה צנועה בהשוואה להחלפת דוד כושל בכל שנה.
צינור זרזיף מחורר הממוקם ישירות מתחת למחמם המותקן אנכית יוצר וילון של בועות שמטאטא את משטח המחמם. זה פחות יעיל ממחנך אבל דורש רק חיבור אוויר דחוס ואורך צינור מחורר.
מיקום מחדש של המחמם לנתיב המחזור הראשי-אם פריסת המיכל מאפשרת-הוא השיפור הפשוט ביותר. העברת תנור חימום מפינה למיקום 100-150 מ"מ מצינור הזינוק יכול להכפיל את המהירות המקומית ללא כל עלות ציוד.
כאשר תנורי חימום סטנדרטיים אינם יכולים להתאים למציאות הזרימה
מיכלים עם קיבוע פנימי מורכב ותסיסה מוגבלת לרוב אינם יכולים להכיל מחממי טבילה סטנדרטיים מסוג PTFE בצפיפות הוואט שדורש זרימת רמת המחמם בפועל.- שימוש של 5 קילוואט ב-0.8 ואט/ס"מ מצריך מעל 6,000 ס"מ משטח מחמם-יותר ממה שמספק מחמם יחיד בממדים טיפוסיים של מיכל.
תצורת דוד טבילה מותאמת אישית של PTFE עם מיקום-מותאם לזרימה, מחנך ייעודי וצפיפות וואט נמוכה יותר מטפלת בשורש הרעב של הזרימה. תהליך המפרט דורש את מידות המיכל, שיטת ערבול, מיקום המחמם ביחס למקורות זרימה, כימיה של האמבטיה והספק הנדרש. עבור מתקנים המריצים מיכלים מרובים עם תנאי ערבול משתנים, גישה ספציפית ליישום- מתאימה את צפיפות הוואטים לסביבת הזרימה בפועל במחמם ולא למצב המיכל הנומינלי.
