PVDF va PTFE ham ftorpolimerlar bo'lib, ular korroziyaga-bardoshli issiqlik almashtirgichlar yaratadi. Qog'ozda ularning issiqlik o'tkazuvchanliklari deyarli bir xil bo'lib, ikkalasi ham sekin 0,2 Vt/m·K atrofida harakatlanadi. Lekin almashtirgichning haqiqiy-umumdorligi nafaqat plastmassaning issiqlik o'tkazuvchanligiga bog'liq; Bu plastik muhandisga nima qurishga imkon berishi haqida. TushunishPVDF va PTFE umumiy issiqlik uzatish koeffitsientiTaqqoslash materialning ma'lumotlar varag'idan tashqari, quvur devori qalinligi va mexanik kuchning amaliy mexanikasiga qarashni talab qiladi.
Issiqlik o'tkazuvchanlik raqamlari: ular paydo bo'lganidan yaqinroq
Materialning ichki issiqlik o'tkazuvchanligi harorat farqi darajasi uchun 1 metrli kub orqali issiqlikning qanchalik oson o'tishining o'lchovidir. Ikki floropolimer uchun:
PTFE (politetrafloroetilen):Taxminan 0,25 Vt/m·K
PVDF (poliviniliden ftorid):Taxminan 0,19 Vt/m·K
PTFE qalinligi birlik-birligida PVDFga nisbatan bir oz-taxminan 30% yuqori o'tkazuvchanlikka ega. Agar ikkala material bir xil devor qalinligidagi quvurlarga aylantirilsa, PTFE trubkasi nazariy jihatdan pastroq o'tkazuvchanlik qarshiligini taklif qiladi. Biroq, bu to'liq hikoya emas. Issiqlik almashtirgichning umumiy issiqlik uzatish koeffitsienti (U{7}}qiymati) bir nechta qarshiliklarni o'z ichiga oladi: ichki plyonka, quvur devorining o'tkazuvchanligi, tashqi plyonka va ifloslantiruvchi omillar. Ftoropolimer almashtirgichlarda quvur devorining o'tkazuvchanligi ko'pincha asosiy muammo hisoblanadi. Devor qalinligining har qanday qisqarishi bevosita U-qiymatini yaxshilaydi.
PVDF ning yashirin termal ustunligi: uning mexanik kuchi
PVDF xona haroratida ham, odatdagi xizmat haroratida ham PTFEga qaraganda ancha qattiqroq va kuchli termoplastikdir. Asosiy mexanik farqlar:
Mustahkamlik chegarasi:PVDF (odatda 40-55 MPa) PTFE (20-30 MPa) dan sezilarli darajada yuqori.
Bukilish moduli:PVDF (1,5-2,5 GPa) PTFE (0,5-0,8 GPa) dan ancha qattiqroq.
Yurish qarshiligi:PVDF doimiy bosim ostida shakli va kuchini saqlab qoladi, PTFE esa sovuq oqimga va vaqt o'tishi bilan deformatsiyaga moyil.
Ushbu mexanik ustunlik PVDF almashtirgich trubkasini PTFE trubasiga qaraganda ancha yupqaroq devor bilan ekstrudirovka qilish imkonini beradi va shu bilan birga bir xil bosim darajasi va mexanik yaxlitlik talablariga javob beradi. PVDF ning yashirin termal afzalligi shundaki, uning mushaklari-u ingichka, kamroq obstruktiv devorni ushlab turishi mumkin.
Devor qalinligini taqqoslash: haqiqiy ishlash drayveri
3–5 bar ichki bosim va 100 gradusgacha bo'lgan haroratlarda ishlaydigan odatiy qobiq-va-trubka yoki immersion lasan issiqlik almashtirgich uchun odatda quyidagi devor qalinligi belgilanadi:
PTFE trubkasi:Minimal devor qalinligi taxminan 0,8-1,0 mm. Yupqaroq devorlar vakuum ostida qulashi, bosim ostida portlashi yoki termal aylanish natijasida deformatsiyalanish xavfini tug'diradi. PTFE yumshoqligi mexanik barqarorlik uchun qalinroq devorni talab qiladi.
PVDF trubkasi:Minimal devor qalinligi taxminan 0,4-0,6 mm. Yuqori qattiqlik va valentlik kuchi deyarli yarmi qalin devor bilan ishonchli ishlash imkonini beradi.
Quvur devorining o'tkazuvchan issiqlik qarshiligi quyidagicha hisoblanadi:
PTFE uchun: 0,9 mm / 0,25 Vt/m·K=0.0036 m²·K/V
PVDF uchun: 0,5 mm / 0,19 Vt/m·K=0.0026 m²·K/V
PTFE ning millimetrga nisbatan yuqori o'tkazuvchanligiga qaramay, ingichka PVDF devori pastroq o'tkazuvchanlik qarshiligini keltirib chiqaradi. Ushbu misolda PVDF devorining qarshiligi PTFEga qaraganda taxminan 28% past. Plyonka qarshiligi bilan birlashganda (qiyoslash mumkin bo'lgan sirt qoplamalari va oqim sharoitlarida ikkala material uchun ham o'xshash), PVDF almashtirgichning umumiy U-qiymati, odatda, ekvivalent PTFE birligidan 15-30% yuqori bo'ladi.
Qo'shimcha ish oynasi: harorat chegaralari
PVDF immersion issiqlik almashtirgich ilovalari uchun PTFE ga qaraganda bir oz yuqori maksimal uzluksiz xizmat ko'rsatish haroratini taklif qiladi. Amaliy cheklovlar quyidagilardir:
PTFE:Odatda suvli eritmalarga doimiy botirish uchun 110 daraja. 120 gradusgacha qisqa{2}}muddatli ekskursiyalar mumkin, lekin mexanik kuch 110 darajadan oshib tez pasayadi.
PVDF:Ko'pgina korroziy muhitlarda 135 darajagacha uzluksiz xizmat ko'rsatish uchun baholanadi. Ba'zi kislotalar va asoslar uchun yuqori chegara 120-125 daraja atrofida bo'ladi, lekin bu hali ham PTFE chegarasidan oshadi.
110 darajadan 125 darajagacha bo'lgan jarayonlar uchun PVDF ko'pincha floropolimerning yagona variantidir. PTFE almashtirgich tez-tez almashtirishni talab qiladi yoki emirilish va deformatsiyadan aziyat chekadi. Ushbu harorat afzalligi PVDFning issiq kislota yoki gidroksidi isitish vazifalarida qo'llanilishini yanada kengaytiradi.
Almashtirgich dizayni uchun amaliy natijalar
PVDFning yaxshilangan U-qiymati va yuqori harorat darajasi dizaynning sezilarli afzalliklariga aylanadi:
Kichikroq issiqlik uzatish maydoni:Muayyan isitish yoki sovutish vazifasi uchun PVDF almashtirgich PTFE almashtirgichga qaraganda kichikroq bo'lishi mumkin (kamroq naychalar yoki qisqaroq uzunlik). Bu o'z izlarini va boshlang'ich kapital xarajatlarini kamaytiradi.
Pastroq oqim tezligi yoki past haroratning harakatlantiruvchi kuchi:Agar almashtirgich o'lchami belgilangan bo'lsa, U{0}}qiymati qanchalik baland bo'lsa, issiq suyuqlik oqimining past tezligi yoki xizmat suyuqligi va texnologik suyuqlik o'rtasidagi harorat farqi kamroq bo'lgan holda ishlashga imkon beradi.
Nopoklikka yaxshiroq javob:Vaqt o'tishi bilan ifloslanish qarshilikni oshiradi. Yuqori boshlang'ich U{1}}qiymat almashtirgich maqbul ko'rsatkichdan pastga tushgunga qadar ko'proq marjani ta'minlaydi.
PTFE afzal qilingan tanlov bo'lib qolsa
PVDF ning U-qiymat va harorat reytingidagi afzalliklariga qaramay, PTFE issiqlik uzatish bilan bog'liq bo'lmagan sabablarga ko'ra ko'pgina ilovalarda hali ham tanlanadi:
Kimyoviy qarshilik:PTFE deyarli barcha kimyoviy moddalarga, shu jumladan kuchli oksidlovchi kislotalarga (masalan, azotli, xlorsulfonik) nisbatan inertdir. PVDF 100 darajadan yuqori konsentrlangan sulfat kislota, yuqori haroratlarda kuchli asoslar va ba'zi qutbli erituvchilar (masalan, dimetil sulfoksid, aseton) bilan hujum qilishi mumkin.
Tozalik talablari:PTFE ko'pincha o'ta toza suv va yarim o'tkazgichli ilovalar uchun ko'rsatiladi, chunki u PVDFga qaraganda kamroq ekstraksiya qilinadigan moddalarni o'zlashtiradi. PVDF iz oligomerlarini yoki qayta ishlashdan qolgan qoldiq erituvchini o'z ichiga olishi mumkin.
O'rash uchun moslashuvchanlik:PTFE ning moslashuvchanligi uni suvga cho'mdiruvchi isitgichlar uchun qattiq, spiral bo'laklarga aylantirish imkonini beradi. PVDF qattiqroq va mo'rtroq bo'lib, ixcham o'ralgan geometriyalarda foydalanishni cheklaydi.
Kamroq xarajat (odatda):PVDF odatda kilogramm uchun PTFEga qaraganda arzonroq, ammo almashtirgichning umumiy narxi dizaynga bog'liq. PTFE quvur materiali sifatida kengroq mavjud bo'lib, bu xom ashyo narxidagi farqni qoplashi mumkin.
Ishlashdagi farqni miqdoriy aniqlash: misol
Quyidagi parametrlarga ega qobiqli{0}}va-trubkali floropolimer almashtirgichni ko'rib chiqing:
Quvurning tashqi diametri: 6 mm
Quvur uzunligi: 2 metr
Quvurlar soni: 100
Quvurlar ichidagi issiq suyuqlik (90 graduslik suv), tashqarida sovuq suyuqlik (50 darajali suv)
Ichki va tashqi plyonka koeffitsientlari: har biri 500 Vt/m²·K (turbulent suv uchun odatiy)
PTFE dizayni (0,9 mm devor):
Devorga chidamliligi: 0,0036 m²·K/Vt
Umumiy qarshilik (1/500 + 0.0036 + 1/500)=0.0020 + 0.0036 + 0.0020=0.0076 m²·K/Vt
Umumiy U-qiymati=1 / 0,0076 ≈ 132 Vt/m²·K
PVDF dizayni (0,5 mm devor):
Devorga qarshilik: 0,0026 m²·K/Vt
Umumiy qarshilik=0.0020 + 0.0026 + 0.0020=0.0066 m²·K/Vt
Umumiy U-qiymati=1 / 0,0066 ≈ 152 Vt/m²·K
PVDF almashtirgich 15% yuqori U-qiymatiga erishadi. Ruxsat etilgan issiqlik burchi uchun zarur bo'lgan issiqlik uzatish maydoni (va shuning uchun almashtirgich hajmi) 15% kichikroq.
Xulosa: samaradorlik - bu mulklar balansi
PVDF va PTFE o'rtasidagi tanlov ularning deyarli teng issiqlik o'tkazuvchanligi bilan emas, balki PVDF ning u orqali ko'proq issiqlik o'tishiga imkon beruvchi kuchliroq, yupqaroq devor hosil qilish qobiliyati bilan belgilanadi. PVDF almashtirgichning umumiy issiqlik uzatish koeffitsienti odatda PTFE hamkasbiga qaraganda o'lchanadigan darajada yuqori bo'ladi, chunki bu yupqaroq quvurlar devorlarining o'tkazuvchanlik qarshiligini kamaytiradi. Bundan tashqari, PVDF ishlash oynasini kengaytirib, yuqori maksimal xizmat haroratini (. 110 darajaga nisbatan 135 daraja) taklif etadi. Biroq, PTFE yakuniy kimyoviy inertlik va eng yuqori tozalikni talab qiladigan ilovalar uchun o'z tojini saqlab qoladi. Issiqlik almashtirgichning unumdorligi faqat bitta raqam emas, balki material xususiyatlarining muvozanatidir-va PVDF uchun balans yupqaroq, mustahkam devorlar va yaxshiroq U-qiymati foydasiga ko'rinadi.
