یک کارخانه تکمیل فلز، بخاری های غوطه وری PTFE 5 کیلوواتی یکسان را در دو مخزن تمیزکننده با اندازه و مواد شیمیایی مشابه نصب کرد. یک مخزن از جرقه هوا با 2 CFM در هر متر خطی استفاده می کرد. دیگری متکی به هم زدن دستی گاه به گاه بود. هر دو بخاری با 1.4 وات بر سانتی متر مربع کار می کردند. بخاری منفجر شده چهار سال دوام آورد. بخاری همزن نشده در یازده ماه از کار افتاد. همون وات همان حمام جریان متفاوت
نرخ هم زدن متغیری است که مشخصات چگالی وات اسمی را به یک شرایط عملیاتی ایمن واقعی تبدیل می کند. عدد چگالی وات در یک دیتاشیت مقداری جریان پایه را فرض می کند. هنگامی که جریان واقعی در بخاری کمتر از این فرض است، چگالی وات ایمن کاهش می‌یابد-و بخاری هزینه را می‌پردازد.
لایه مرزی: جایی که انتقال حرارت در واقع اتفاق می افتد
گرما از طریق یک لایه نازک سیال به نام لایه مرزی حرارتی بخاری را ترک می کند. در این لایه، گرما بر اساس رسانایی حرکت می کند نه همرفت. هرچه لایه نازک تر باشد، گرما سریعتر خارج می شود و دمای سطح بخاری برای یک چگالی وات معین کمتر می شود.
سرعت جریان ضخامت لایه مرزی را کنترل می کند. در 0.5 متر بر ثانیه، لایه ممکن است کمتر از 1 میلی متر باشد. با سرعت 0.05 متر بر ثانیه-به طور موثر راکد-می تواند به 3-5 میلی متر برسد. لایه ضخیم تر به معنای مقاومت حرارتی بالاتر است که به معنای دمای بالاتر سطح بخاری در همان توان خروجی است.
رابطه خطی نیست. نصف شدن سرعت جریان ضخامت لایه مرزی را دو برابر نمی کند. اما در محدوده سرعت پایین ({2})معمولی مخازن آبکاری ضعیف، تغییرات جزئی در جریان تغییرات بزرگی در انتقال حرارت ایجاد می‌کند. به همین دلیل است که بخاری که در یک مخزن خوب عمل می کند، در مخزن دیگر با چگالی وات یکسان اما هم زدن ضعیف تر، زودتر از موعد از کار می افتد.
| سرعت جریان محلی | ضخامت لایه مرزی | ضریب انتقال حرارت | بخاری ΔT در 1.2 W/cm² | چگالی وات ایمن |
|---|---|---|---|---|
| >0.5 m/s | <1 mm | بالا | 6-10 درجه | 1.6-2.0 W/cm² |
| 0.2–0.5 m/s | 1-2 میلی متر | متوسط – زیاد | 10-16 درجه | 1.3-1.6 W/cm² |
| 0.1–0.2 m/s | 2-3 میلی متر | متوسط | 16-24 درجه | 1.0-1.3 W/cm² |
| <0.05 m/s | 3-5 میلی متر | کم | 24-40 درجه | 0.6-0.9 W/cm² |
روابط سرعت جریان و چگالی وات برای حمام های فرآیند آبی در 50-80 درجه
چرا مخزن{0}}هم زدن سطح با گرمکن برابر نیست-جریان سطح
یک خطای رایج مشخصات این است که فرض کنیم هم زدن مخزن به بخاری می رسد. لوله های اسپرج برای حرکت سیال در اطراف قطعه کار قرار می گیرند، نه در اطراف بخاری. مربیان در منطقه فرآیند هدف قرار می گیرند. بخاری در گوشه ای، پشت یک راهنمای قفسه، یا زیر مکانیزم انتقال قرار می گیرد که در آن جریان کسری از میانگین حجمی است.
اندازه گیری های میدانی در مخازن آبکاری به طور مداوم نشان می دهد که سرعت محلی در سطح بخاری 30 تا 70٪ کمتر از سرعت متوسط مخزن{2}}است. در مناطق مرده-گوشه‌ها، پشت بافل‌ها، زیر فیکسچرها-می‌تواند 80 تا 90 درصد کمتر باشد.
به همین دلیل است که انتخاب چگالی وات بر اساس هم زدن سطح مخزن{0}} حد ایمن را بیش از حد برآورد می کند. بخاری در محیطی کار می کند که به طور قابل توجهی بدتر از وضعیت مخزن فله است. چگالی واتی که در حجم اصلی کار می کند در بخاری از بین می رود.
روش های هم زدن و دسترسی آنها
روش های مختلف هم زدن ویژگی های جریان متفاوتی را در سطح بخاری ارائه می دهند.
پارگی هوا رایج ترین روش است. در اختلاط توده ای موثر است اما تلاطم موضعی در نزدیکی لوله اسپرج ایجاد می کند که با فاصله از بین می رود. بخاری که در فاصله 300 میلی متری اسپرج قرار دارد، ممکن است تنها 20 تا 30 درصد از سرعت اندازه گیری شده در لوله را ببیند.
گردش ادیکتور جریان هدایت شده بیشتری را فراهم می کند. نازلی که به سمت سطح بخاری قرار می گیرد، جت متمرکزی را ارائه می دهد که سرعت را در فاصله طولانی تری حفظ می کند. این موثرترین روش برای بهبود جریان در یک مکان خاص است.
حرکت قطعه کار-چرخش بشکه یا نوسان قفسه-به اختلاط حجیم کمک می‌کند، اما به ندرت سرعت معنی‌داری را در سطح بخاری ایجاد می‌کند، مگر اینکه قطعات کار از نزدیک بخاری عبور کنند.
گردش مجدد پمپ با یک محفظه بخاری اختصاصی یکنواخت ترین جریان را فراهم می کند. یک پمپ کوچک از مخزن خارج می شود و در سراسر بخاری تخلیه می شود و بدون توجه به سایر هم زدن ها سرعت ثابتی را حفظ می کند. این آرایش در مخازن آبکاری بزرگ که قابلیت اطمینان بخاری در آنها حیاتی است رایج است.
| روش هم زدن | سرعت در بخاری (فاصله 300 میلی متر) | افزایش چگالی وات امکان پذیر است | هزینه تجهیزات | بهترین برنامه |
|---|---|---|---|---|
| بدون آشفتگی | <0.05 m/s | پایه | هیچ کدام | توصیه نمی شود |
| جرقه هوا، عمومی | 0.05–0.1 m/s | +0.1–0.2 W/cm² | کم | تانک های کوچک |
| جرقه هوا، هدایت شده | 0.1–0.2 m/s | +0.2–0.3 W/cm² | کم | اکثر مخازن آبکاری |
| مربی در بخاری | 0.3–0.5 m/s | +0.3–0.5 W/cm² | متوسط | حمام های چسبناک |
| گردش مجدد اختصاصی | 0.4–0.6 m/s | +0.4–0.6 W/cm² | بالاتر | برنامه های کاربردی حیاتی |
داده های سرعت و چگالی وات از اندازه گیری های میدانی در مخازن آبکاری و فرآوری شیمیایی
تطبیق چگالی وات با بخاری واقعی-جریان سطح
روش عملی اندازه گیری یا تخمین سرعت جریان در محل بخاری است، نه میانگین مخزن. اگر اندازه گیری غیر عملی است، از تخمین های محافظه کارانه بر اساس موقعیت بخاری و روش هم زدن استفاده کنید.
برای بخاری در گوشه ای که فقط جرقه عمومی دارد، 0.05-0.1 متر بر ثانیه را در نظر بگیرید. برای بخاری در مسیر جریان اصلی با جرقه مستقیم، 0.2-0.3 m/s را فرض کنید. برای بخاری با ادوکتور اختصاصی یا گردش مجدد، 0.3-0.5 متر بر ثانیه را در نظر بگیرید.
چگالی وات را از ردیف مربوطه در جدول بالا انتخاب کنید. اگر مساحت سطح مورد نیاز در آن چگالی وات از فضای مخزن موجود بیشتر شود، گزینه‌ها عبارتند از بهبود هم زدن، کاهش توان کل یا استفاده از پیکربندی بخاری سفارشی که سطح بیشتری را فراهم می‌کند.
بهبود جریان بدون تغییرات عمده
یک نازل ادوکتور کوچک که در فاصله 150 تا 250 میلی متری بخاری قرار گرفته و در امتداد سطح بخاری قرار گرفته است، می تواند سرعت موضعی را از راکد به 0.3-0.5 متر بر ثانیه برساند. نازل را می توان توسط یک پمپ کوچک یا با هوای فشرده به حرکت درآورد و هزینه نصب در مقایسه با تعویض هر سال یک بخاری از کار افتاده بسیار کم است.
یک لوله اسپرج سوراخ دار که مستقیماً در زیر بخاری نصب شده به صورت عمودی قرار گرفته است، پرده ای از حباب ایجاد می کند که سطح بخاری را جارو می کند. این کارایی کمتری نسبت به یک ادوکتور دارد اما فقط به اتصال هوای فشرده و طول لوله سوراخ شده نیاز دارد.
تغییر مکان بخاری در مسیر گردش اصلی -اگر چیدمان مخزن اجازه می‌دهد- ساده‌ترین پیشرفت است. جابجایی بخاری از گوشه ای به مکانی در فاصله 100 تا 150 میلی متری از لوله اسپرج می تواند سرعت موضعی را بدون هزینه تجهیزات دو برابر کند.
وقتی هیترهای استاندارد نمی توانند با واقعیت جریان مطابقت داشته باشند
مخازن با تجهیزات داخلی پیچیده و همزن محدود اغلب نمی‌توانند بخاری‌های غوطه‌وری PTFE را در تراکم وات‌هایی که سطح جریان بخاری{0}} واقعی نیاز دارد، در خود جای دهند. کارکرد 5 کیلووات در 0.8 وات بر سانتی متر مربع به بیش از 6000 سانتی متر مربع سطح بخاری نیاز دارد-بیش از آنچه که یک بخاری منفرد در ابعاد مخزن معمولی فراهم می کند.
یک پیکربندی سفارشی بخاری غوطه‌وری PTFE با موقعیت بهینه‌شده جریان، یک ادکتور اختصاصی، و چگالی وات پایین‌تر به علت اصلی گرسنگی جریان می‌پردازد. فرآیند تعیین مشخصات به ابعاد مخزن، روش هم زدن، موقعیت بخاری نسبت به منابع جریان، شیمی حمام و وات مورد نیاز نیاز دارد. برای تأسیساتی که چندین مخزن با شرایط همزن متفاوت دارند، این رویکرد کاربردی{3}}به‌جای شرایط مخزن اسمی، چگالی وات را با محیط جریان واقعی در بخاری مطابقت می‌دهد.
