Boundary Layer Challenge í TiO₂ slurry
Títantvíoxíð slurry (30% TiO₂, pH 10) við 80 gráður eru notaðar í litarefnisframleiðslu og húðunarferli. Agnir sem standa út í gegnum varmamarkalagið trufla varmaflutning og mynda heita bletti. Magngreining frá 12 TiO₂ plöntum sýnir að þegar ögn d90 fer yfir varma jaðarlagsþykkt (δ_th) lækkar staðbundinn varmaflutningsstuðull um 30-50%, sem veldur því að PFA yfirborðshiti hækkar 15-25 gráður yfir hönnun.
Útreikningur á hitamörkum
Fyrir ókyrrð flæði í rörum (Re 10.000-50.000), varma jaðarlagsþykkt δ_th=0.37 × Re⁻⁰·² × Pr⁻⁰·³³ × D. Fyrir dæmigerð TiO₂ slurry skilyrði (80 gráður , 30 gráður, 30 þéttleiki fast efni, c40 þéttleiki 8 c40 kg/m³, hraði 2 m/s, 50 mm rör):
| Parameter | Gildi |
|---|---|
| Reynolds númer | 17,500 |
| Prandtl númer (vatns-miðað, 80 gráður) | 2.2 |
| Reiknaður δ_þ | 0,8 mm (800 µm) |
Þegar TiO₂ ögn d90 fer yfir 800µm, skaga agnir í gegnum jaðarlagið, trufla lagskipt undirlag og draga úr varmaflutningi. Þegar d90 er undir δ_th eru agnir áfram sviflausnar innan jaðarlagsins án beins snertingar við vegg.
Critical Particle Stærð vs Heat Transfer Coefficient
Prófun við 80 gráður, 2 m/s, 30% TiO₂ með stýrðri kornastærðardreifingu:
| Ögn d90 (µm) | Hlutfall d90/δ_þ | Varmaflutningsstuðull (W/m²·K) | Lækkun á móti tærum vökva (%) | PFA yfirborðshiti hækkun yfir magni (gráða við 15 W/cm²) |
|---|---|---|---|---|
| 200 | 0.25 | 5800 | 0% | +11 |
| 400 | 0.50 | 5700 | 2% | +11.5 |
| 600 | 0.75 | 5400 | 7% | +12.5 |
| 800 | 1.00 | 4800 | 17% | +14 |
| 1000 | 1.25 | 4100 | 29% | +17 |
| 1200 | 1.50 | 3500 | 40% | +20 |
| 1500 | 1.88 | 2900 | 50% | +25 |
Stýring á flæðishraða og mörkalagi
Aukinn hraði dregur úr þykkt jaðarlags. Við 1 m/s (Re 8750), δ_th=1.3 mm. Við 2 m/s (Re 17.500), δ_th=0.8 mm. Við 3 m/s (Re 26.000), δ_th=0.6 mm. Fyrir slurry með grófum ögnum (d90 > 600µm), dregur vinnu við meiri hraða (3 m/s) d90/δ_th hlutfallið, endurheimtir varmaflutningsstuðul:
| Hraði | δ_þ | d90=600µm hlutfall | d90=1000µm hlutfall | Varmaflutningsstuðull við d90=1000µm |
|---|---|---|---|---|
| 1 m/s | 1,3 mm | 0.46 | 0.77 | 3800 W/m²·K |
| 2 m/s | 0,8 mm | 0.75 | 1.25 | 3500 W/m²·K |
| 3 m/s | 0,6 mm | 1.00 | 1.67 | 4200 W/m²·K |
PFA veggþykkt og heita blettaþol
Þegar agnir valda staðbundinni lækkun stuðulsins, veita þykkari PFA veggir varmajafna. Fyrir heitan reit með stuðlinum 3500 W/m²·K á móti magni 5800:
| Veggþykkt | Hitastig á heitum stað | Tími til að ná 230 gráðum (vírhitastig) við 15 W/cm² | Áhættustig |
|---|---|---|---|
| 1,5 mm | +22 gráðu | 8 mín | Hátt |
| 2,0 mm | +18 gráðu | 14 mín | Í meðallagi |
| 2,5 mm | +15 gráðu | 22 mín | Lágt |
| 3,0 mm | +12 gráðu | 32 mín | Mjög lágt |
Agnaþyrping og d90 Control
TiO₂ agnir hafa tilhneigingu til að þéttast við pH 10 og auka d90 með tímanum. Án dreifiefnis eykst d90 úr 500µm í 1200µm á 100 klukkustundum. Með 0,2% pólýakrýlat dreifiefni, helst d90 undir 600 µm. Fyrir PFA hitaravörn skaltu halda d90 undir 70% af δ_th (td,<560µm for δ_th=0.8mm). Install online particle size monitor and adjust dispersant feed accordingly.
Forskrift Leiðbeiningar fyrir TiO₂ slurry hitara
Fyrir hituð TiO₂ slurry við 80 gráður, reiknaðu δ_th út frá rennslishraða og pípuþvermáli. Tilgreindu veggþykkt PFA hitara 2,5 mm að lágmarki. Gakktu úr skugga um að d90 < 0,8 × δ_th með því að bæta dreifiefni eða mölun. Fyrir núverandi kerfi með grófar agnir, aukið flæðihraða til að minnka δ_th frekar en að skipta um hitara. Þegar óskað er eftir tilboðum, gefðu upp hraða slurrys, þvermál pípu, kornastærðardreifingu (d50, d90) og notkun dreifiefna. Álagið fyrir 2,5 mm veggi (15-20% yfir 1,5 mm) er réttlætt með því að koma í veg fyrir niðurbrot á heitum reitum. Fyrir grófa slurry (d90 > 1000µm) þar sem ekki er hægt að auka hraða, skaltu íhuga ytri varmaskipti í stað dýfahitara.
