Issiq eritmalar, konsentrlangan polimer eritmalari, bitum yoki epoksi qatronlar kabi yuqori{0}}qovushqoqlikdagi suyuqliklar uchun immersion isitgichlarni belgilovchi muhandislar odatda yaqin{1}}universal kimyoviy chidamliligi va mukammal yopishmaydigan- yuzasi uchun PFA (perftoralkoksi alkan) qoplamalarini tanlaydilar. Kutilishicha, silliq, past{4}}ishqalanishga ega floropolimer qoplamasi cho'kindilarda pishishning oldini oladi,-tozalash vaqtini qisqartiradi va isitgich yuzasini cheksiz vaqtgacha toza saqlaydi. Biroq, doimiy polimerni qayta ishlash liniyalari va yopishtiruvchi tanklardan olingan dala ma'lumotlari teskari hodisani aniqlaydi: PFA ni jozibador qiladigan juda yopishmaydigan xususiyat, ma'lum yopishqoq oqim sharoitida issiqlik o'tkazuvchanligini sezilarli darajada pasaytirishi mumkin. Mexanizm isitish moslamasiga yomon yopishgan, lekin suyuqlikning yuqori yopishqoqligi tufayli unga nisbatan ushlab turuvchi barqaror, issiqlik izolyatsion chegara qatlamini shakllantirishni o'z ichiga oladi. Ushbu ta'sirni tushunish uchun faqat material xususiyatlariga e'tibor qaratish o'rniga, isitgich-suyuqlik interfeysidagi suyuqlik dinamikasini o'rganish kerak.
Past yopishqoq sirtlarda yopishqoq pastki qatlam fenomeni
Har qanday majburiy yoki tabiiy konveksiya isitish stsenariysida, qattiq devorga darhol ulashgan suyuqlik qatlami ommaviy oqimdan ko'ra sekinroq harakat qiladi. Suv yoki suyultirilgan kislotalar kabi past yopishqoqlikdagi suyuqliklar uchun bu chegara qatlami odatda qalinligi 0,5 mm dan kam bo'ladi va uning izolyatsion ta'siri umumiy issiqlik uzatish koeffitsientiga nisbatan kichikdir. Yuqori viskoziteli muhit (bu erda ish haroratida dinamik yopishqoqlik > 500 cP sifatida belgilanadi) tubdan boshqacha harakat qiladi. Impulsning tarqalishi shunchalik pastki, yopishqoq pastki qatlam isitgich yuzasidan 3-8 mm gacha cho'zilishi mumkin, ayniqsa, mexanik aralashtirishsiz tinch tanklarda.
O'rtacha sirt pürüzlülüğü (Ra 0,8-1,6 mkm) bo'lgan an'anaviy metall isitgichda bu sekin harakatlanuvchi qatlam qatlamning o'zida tabiiy konveksiya orqali issiqlikni almashtiradi va issiq devor bilan aloqa qilganda suyuqlikni yangilaydigan mikroskopik aralash girdoklar hosil qiladi. Biroq, PFA yuzasida juda past sirt energiyasi (odatiy qiymat 18-20 mN / m) va yuqori silliqlik (Ra ko'pincha 0,2 mkm dan past) qo'shni qatlamning ajralishi yoki ag'darilishi tendentsiyasini bostiradi. Yuqori yopishqoqlikdagi suyuqlik shunchaki floropolimer yuzasi bo'ylab buzuvchi oqim tuzilmalarini hosil qilmasdan siljiydi. Shunday qilib, termal chegara qatlami o'rtacha qo'pol yoki yuqori yopishqoq sirtga qaraganda qalinroq va turg'unroq bo'ladi. 150 daraja haroratda 10 000 cP silikon moyli hammomda infraqizil termografiyadan foydalangan holda miqdoriy o'lchovlar shuni ko'rsatdiki, PFAdagi barqaror holat chegara qatlami qalinligi bir xil quvvat kiritish va tank geometriyasi ostida zanglamaydigan po'latdan 316 g'ilofdagidan 2,3 baravar ko'p.
Issiqlik o'tkazuvchanligi uchun jarima miqdori: nazariyadan o'lchangan ma'lumotlarga
Isitish samaradorligining pasayishi to'g'ridan-to'g'ri viskoz pastki qatlam bo'ylab qo'llaniladigan Furye qonunidan kelib chiqadi. Issiqlik oqimi q q=h (T_surface - T_bulk) bilan berilgan, bu erda h - konvektiv issiqlik uzatish koeffitsienti. Yuqori-Pr sonli suyuqliklar uchun (pr > 100, yopishqoq muhit uchun odatiy) Nusselt soni korrelyatsiyasi Nu=h·L/k devorning "ho'llanishi" yoki yopishish xususiyatiga kuchli bog'liqlikni o'z ichiga oladi, bu PFA ataylab kamaytiradi. 180 daraja haroratda 50 000 cP polibuten suyuqligidan foydalangan holda nazorat qilinadigan laboratoriya sinovidan olingan eksperimental ma'lumotlar, g'ilof materialidan tashqari bir xil isitgich geometriyalari bilan o'tkazilgan, quyidagilarni aniqladi: PFA qoplamali isitgich maksimal sirt haroratiga yetguncha atigi 1,8 Vt/sm² issiqlik oqimiga erishdi. 1,2 mkm) bir xil sirt harorati chegarasida 2,9 Vt/sm² ga yetdi. Boshqacha qilib aytadigan bo'lsak, PFA ning yopishmaydigan xususiyati ushbu yuqori yopishqoq suyuqlik uchun foydalanish mumkin bo'lgan quvvat zichligini taxminan 38% ga kamaytirdi. Suyuqlikda to'xtatilgan zarralar yoki tolalar mavjud bo'lsa, ta'sir yanada aniqroq bo'ladi, ular qo'pol sirtda mikro-agitator vazifasini bajaradi, lekin PFA orqali chegara qatlamini buzmasdan o'tib ketadi.
Nima uchun "toza sirt" ustunligi turg'un sharoitlarda kamchilikka aylanadi
Pishgan cho'kindilarning oldini oladigan xuddi shunday yopishmaydigan xususiyat, shuningdek, oqim o'zgarishi bilan vaqti-vaqti bilan buzilishi mumkin bo'lgan barqaror, yopishgan termal chegara qatlamining shakllanishiga to'sqinlik qiladi. Mexanik aralashtirish yoki resirkulyatsiyaga ega bo'lgan tankda bu jazo kamayadi, chunki ommaviy tezlik doimiy ravishda qizdirilgan chegara qatlamini supurib tashlaydi. Biroq, ko'plab yuqori yopishqoqlik jarayonlari suyuqlikni shamollatmaslik yoki kesishga sezgir polimerlarni buzmaslik uchun ataylab sekin yoki vaqti-vaqti bilan aralashtirish bilan ishlaydi. Bunday hollarda, PFA qobig'i termal adyol rolini o'ynaydigan issiq, yuqori yopishqoqlikdagi suyuqlikning deyarli statsionar qobig'i bilan o'ralgan bo'lishi mumkin. Ikki soat davomida 160 gradusda 100 000 cP bitumda ishlaydigan PFA isitgichining infraqizil tasvirlari taxminan 5 mm qalinlikdagi suyuqlikning barqaror halqa shaklini ko'rsatdi, harorat esa g'ilof yuzasidan atigi 8-12 daraja pastda, massa harorati esa ancha orqada. Xuddi shu geometriyaga ega, lekin sirt energiyasi o'rtacha darajada yuqori bo'lgan metall isitgich, vaqti-vaqti bilan sirtdan ajralib chiqadigan ko'rinadigan konvektiv plyuslarni hosil qilib, 40% tezroq isinish vaqtiga erishdi.
Qiyosiy tanlash qo'llanmasi: Non-Stick PFA qachon yopishqoq isitish uchun maqbul bo'lsa (yoki bo'lmasa)
Quyidagi jadvalda asosiy oqim rejimi, yopishqoqlik diapazoni va tozalash qulayligi va issiqlik samaradorligi o'rtasidagi maqbul o'zaro bog'liqlik asosida qaror qabul qilish tizimi keltirilgan. Muhandislar g'ilof materialini yakunlashdan oldin oddiy laboratoriya stakan sinovidan foydalanib, o'ziga xos suyuqlikning Prandtl raqamini va kutilayotgan chegara qatlami qalinligini tekshirishlari kerak.
| Jarayon holati va yopishqoqlik diapazoni | Tavsiya etilgan qoplama materiali va yuzasi | Isitish samaradorligining asosiy asoslari |
|---|---|---|
| Yuqori yopishqoqlik (1000-100 000 cP), tinch tank, qo'zg'alish yo'q, uzoq vaqt ushlab turish | Qo'pol metall (masalan, zanglamaydigan po'lat, Incoloy) yoki ishlab chiqilgan mikro-teksturali PFA | Metall sirt yopishqoq pastki qatlamning mikro-konvektiv buzilishiga yordam beradi, issiqlik oqimini silliq PFAga nisbatan 30-50% ga yaxshilaydi. Pishgan cho'kindilar uchun davriy tozalashni qabul qiling. |
| Yuqori viskoziteli, doimiy resirkulyatsiya (isitish zanjirida Re > 2300) | Standart silliq PFA | Ommaviy oqim doimiy ravishda chegara qatlamini supuradi; yopishmaydigan afzallik depozit to'planishining oldini oladi. Isitish samaradorligi uchun jarima minimal (<10%) compared to metal. |
| O'rtacha yopishqoqlik (100-1000 cP), sekin qo'zg'alish yoki vaqti-vaqti bilan aralashtirish | Yuzaki bo'rttirma yoki spiral oluklar bilan PFA | Dizaynli tekstura ko'pgina suyuqliklar uchun yopishqoq bo'lmagan ajratishni buzmasdan, chegara qatlamini buzadi. Tozalash va issiqlik uzatish uchun eng yaxshi kelishuv. |
| Extremely high viscosity (>100 000 cP) yoki tiksotrop suyuqliklar tinch holatda jellanadi | Yaltiroq yuzasi (Ra 0,4 mkm) yoki teksturali substratda floropolimer qoplamali metall | PFA's stagnant layer becomes excessively thick (>8 mm). Jel qatlamini sindirish uchun davriy harorat aylanishi bilan yuqori yopishqoq sirtdan foydalaning. |
| Kesishga sezgir polimer eritmasi (masalan, PVX plastizol, PU prepolimeri) | Silliq PFA, lekin isitgich sirtini 40-60% ga oshiring | Degradatsiyaga uchragan mahsulotlarni oldini olish uchun yopishmaydigan narsalarni saqlang. 30-40% issiqlik uzatish jazosini qoplash uchun katta hajmli isitgich. Kamroq vatt zichligi uchun dizayn (3 Vt/sm² dan kam yoki unga teng). |
Amaliy yumshatishlar: samaradorlikni yo'qotmasdan, yopishmaydigan foydalarni saqlash
Yuqori viskoziteli isitish uchun PFA dan butunlay voz kechish kamdan-kam hollarda talab qilinadi. Uchta muhandislik qarshi chorasi floropolimerning kimyoviy inertligini va oson tozalashni saqlab qolgan holda, yo'qolgan issiqlik uzatishning katta qismini tiklashi mumkin. Birinchidan, to'liq silliqlik emas, balki boshqariladigan sirt tuzilishi bilan PFA niqobini belgilang. Balandligi 50–150 mkm va oraliqlari 200–500 mkm boʻlgan lazer bilan oʻyilgan yoki mexanik boʻrttirma naqshlar doimiy ifloslanish uchun yopishish nuqtalarini yaratmasdan turgʻun chegara qatlamini buzadi. Ikkinchidan, isitish moslamasiga qo'llaniladigan past chastotali tebranish (20-50 Gts) qo'llaniladi, bu esa qo'shni suyuqlik qatlamini yangilaydigan mikro-harakatlarni keltirib chiqaradi. Uchinchidan, o'tish rejimida (Re 200–500) ataylab saqlanadigan Reynolds raqamiga ega kichik aylanma nasos yoki aralashtirgichni o'rnating - bu konvektiv koeffitsientning 2-3 baravar oshishiga erishishda aeratsiyani oldini oladi. Har qanday mexanik qo'zg'alish taqiqlangan jarayonlarda, yupqaroq PFA devori (0,5-0,8 mm) qoplamaning termal qarshiligini pasaytiradi, bu esa chegara qatlamining jarimasini qisman qoplaydi, ammo bu yuqorida aytib o'tilganidek, boshqa mexanik cheklovlarni keltirib chiqaradi.
Xulosa: sirt kimyosini faqat kimyoviy qarshilikka emas, balki oqim dinamikasiga moslang
PFA ning yopishmaslik xususiyati past yopishqoqlik, toza yoki ifloslanishga moyil bo'lgan suyuqliklar uchun ajoyib xususiyatdir. Turg'un yoki past oqim sharoitida ishlaydigan yuqori yopishqoqlik muhiti uchun bir xil past yopishqoq sirt viskoz termal chegara qatlamini bexosdan barqarorlashtiradi va o'rtacha qo'pol metall qoplamaga nisbatan issiqlik uzatish samaradorligini 30-40% ga kamaytiradi. To'g'ri muhandislik javobi PFAdan butunlay qochish emas, balki suyuqlikning kutilayotgan oqim rejimini tavsiflashdir. Ommaviy harakat doimiy ravishda isitgich yuzasini yangilaganda, silliq PFA ideal bo'lib qoladi. Suyuqlik sekin harakat qilganda yoki umuman harakat qilmasa, teksturali floropolimer yuzasini belgilang, yumshoq aralashtirma qo'shing yoki kompensatsiya qilish uchun isitish maydonini kattalashtiring. Materialni tanlashdan oldin yopishqoq pastki qatlam qalinligi va Prandtl sonini aniqlash orqali texnologik muhandislar PFA ning tozalanishini va energiya tejamkor ishlash uchun zarur bo'lgan issiqlik ko'rsatkichlarini saqlab qolishlari mumkin.
