Glerfóðrað stálrör er samsett úr tveimur heimum: þunnt, tæringarvarið glerhjúp sem er efnafræðilega tengt við sterka, sterka stálskel. Frá hitafræðilegu sjónarhorni er það hvorki frábær leiðari eins og solid málmur, né heill einangrunarefni eins og þykk fjölliða. Árangur þess er viðkvæmt meðaltal af tveimur lögum þess. Að skiljaglerfóðrað stál vs PTFE rör hitaleiðniSamanburður er nauðsynlegur til að velja réttan varmaskipti eða flutningsrör í ætandi, háhitaferli.
Varmaleiðni hvers íhluta
Glerfóður – léleg en þunn hindrun
Glerfóðrið sem notað er á stálrör er venjulega bórsílíkat eða svipað basafrítt gler sem er samsett fyrir efnaþol og hitaáfallsþol. Varmaleiðni þess er lág: um það bil1.0–1.2 W/m·Kvið dæmigerð vinnuhitastig (20–200 gráður). Þetta gildi er um það bil fjórum sinnum hærra en fyrir PTFE (0,25 W/m·K) en samt stærðargráðu lægra en fyrir stál.
Hins vegar er glerlagið mjög þunnt. Í venjulegu glerfóðruðu stálröri er glerhúðin borin á í þykkt af0,8 til 1,5 mm(venjulega um 1 mm). Vegna þess að hitauppstreymi er í réttu hlutfalli við þykkt deilt með leiðni (R=þykkt / k), getur þunnt lag af miðlungs leiðara samt sýnt tiltölulega litla viðnám.
Stálbakki – sterki leiðarinn
Undirliggjandi stálrör (venjulega kolefnisstál eða lágblandað stál) hefur hitaleiðni u.þ.b.45–50 W/m·K- um 40-50 sinnum hærri en gler og næstum 200 sinnum hærri en PTFE. Stálþykktin er venjulega 2–5 mm, allt eftir þrýstingsmat. Vegna þess að stálið er góður leiðari og glerið er þunnt, er heildarviðnám samsetts veggsins einkennist af glerlaginu, en stálið bætir mjög litlu við viðbótarviðnám.
PTFE rör – Lítil leiðni, þykkur veggur
Gegnstætt PTFE rör hefur varmaleiðni u.þ.b0.22–0.25 W/m·K. Til að ná sama vélrænni styrkleika og þrýstingseinkunn og glerfóðrað stálrör verður PTFE rörveggurinn að vera töluvert þykkari. Til dæmis getur PTFE rör sem er metið fyrir 6 bör við 100 gráður haft veggþykktina 2–4 mm, samanborið við glerfóðrað stálrör með heildarveggþykkt (gler + stál) 3–6 mm en að mestu leyti af þeirri þykkt er mjög leiðandi stál.
Samanburður á heildarhitaviðnámi (U-gildi)
Heildarvarmaflutningsstuðull (U-gildi) rörveggs er ákvarðaður með því að leggja saman viðnám glersins, stálsins og vökvamarkalaganna tveggja. Í þessum samanburði er aðeins litið til veggviðnáms, miðað við eins vökvaskilyrði.
Dæmi um útreikning fyrir dæmigerð tilvik:
| Parameter | Glerfóðrað stál | Allt-PTFE |
|---|---|---|
| Glerþykkt (mm) | 1.0 | – |
| Glerleiðni (W/m·K) | 1.1 | – |
| Stálþykkt (mm) | 3.0 | – |
| Stálleiðni (W/m·K) | 48 | – |
| PTFE þykkt (mm) | – | 3.0 |
| PTFE leiðni (W/m·K) | – | 0.25 |
Veggviðnám (R_wall):
Glerfóðrað stál: R_gler=0.001 m / 1,1 W/m·K=0.00091 m²·K/W
R_stál=0.003 m / 48 W/m·K=0.0000625 m²·K/W
Samtals R_veggur=0.00097 m²·K/W
All-PTFE: R_PTFE=0.003 m / 0,25 W/m·K=0.012 m²·K/W
PTFE rörveggurinn hefur um það bil viðnám12 sinnum hærrien glerfóðruðu stálrörsins, þrátt fyrir að PTFE hafi aðeins lægri leiðni á hverja þykktareiningu. Glerfóðraði stálveggurinn er mun leiðandi vegna þess að einangrunarglerið er mjög þunnt og stálbakið ber megnið af þykktinni með mikilli leiðni.
Í hagnýtum varmaskipti eru vökvafilmuviðnám á báðum hliðum oft ráðandi þættir. Hins vegar, fyrir sama vökvahraða, mun glerfóðraða stálrörið gefa 20–40% hærra heildar U-gildi en allt-PTFE rör með sambærilegt þrýstingsstig.
Raunveruleg áhrif á hönnun hitaskipta
Kostir glerfóðraðs stáls
Meiri hitauppstreymi– Samsetti veggurinn gerir meiri hitaflutning á hverja flatarmálseiningu samanborið við PTFE, sem gerir kleift að minna skiptaspor fyrir sömu skyldu.
Byggingarstyrkur- Stálbakið þolir þrýsting, vélrænt álag og hitauppstreymi án þess að skríða eða afmyndast. Glerfóðruð stálrör er hægt að nota við hærri þrýsting (allt að 10–16 bör) og hitastig (allt að 200–250 gráður) en PTFE.
Stífleiki– Auðveldara er að þrífa beinar, stífar rör vélrænt og hægt er að raða þeim í hefðbundnar skel-og-rör rúmfræði.
Takmörkun á glerfóðruðu stáli
Brothætti- Glerlagið er næmt fyrir vélrænu höggi, hitaáfalli og titringi. Skyndileg hitabreyting sem er meira en 100 gráður getur sprungið glerið. Það er ekki hægt að nota það í sveigjanlegum hólfum eða þar sem búist er við titringi.
Framleiðslutakmarkanir– Glerfóðruð rör eru venjulega bein, ekki beygð í spólur. Flansar og festingar verða að vera sérstaklega glerfóðraðir, sem eykur kostnað.
Skoðunarkröfur– Allar sprungur eða flekar í glerinu verða fyrir tæringu á undirliggjandi stáli sem leiðir fljótt til bilunar. Regluleg neistapróf er krafist.
Kostir PTFE sem vega upp á móti minni leiðni
Þrátt fyrir lakari hitaleiðni er PTFE áfram ákjósanlegur efniviður í mörgum forritum vegna þess að:
Það er algjörlega sveigjanlegt og gerir það kleift að stinga slöngubúntum í gegnum lítil op eða standast titring.
Það er ónæmt fyrir hitalost og hægt er að hita það og kæla það hratt.
Það þjáist ekki af útbreiðslu pinhole eða sprungu; lítill galli afhjúpar ekki tæranlegt undirlag strax.
Það er léttara og auðveldara í uppsetningu í flóknum rúmfræði.
Glerið er þunnur, heitur gluggi; Stálið er sterki, hlýja ramminn
Heildarhitaafköst glerfóðraðs stálrörs eru ekki knúin áfram af hóflegri leiðni glersins eingöngu. Þess í stað virkar þunnt glerlagið sem tiltölulega lítill hitauppstreymi flöskuháls, en þykkt stálbakið veitir vélrænan styrk og virkar sem skilvirkur hitadreifari. Samsetningin hegðar sér varma eins og örlítið niðurbrotið málmrör, ekki sem plaströr. Til dæmis hefur 3 mm stálrör með 1 mm glerfóðri hitaviðnám aðeins aðeins hærra en 3 mm ófóðrað stálrör og mun lægra en 3 mm PTFE rör.
Hitastig háð leiðni
Bæði gler og PTFE sýna breytingar á hitaleiðni með hitastigi, en hlutfallsleg röðun er óbreytt:
Gler (bórsílíkat)– Leiðni eykst örlítið úr um 1,0 W/m·K við 20 gráður í 1,2 W/m·K við 200 gráður.
Stál– Leiðni minnkar lítillega með hitastigi (td úr 48 W/m·K við 20 gráður í 40 W/m·K við 200 gráður).
PTFE– Leiðni helst nánast stöðug við 0,22–0,25 W/m·K frá 20 gráðum til 150 gráður, hækkar síðan lítillega í 0,28 W/m·K við 200 gráður.
Þannig, við hærra hitastig, heldur glerfóðruðu stálrörið verulegu hitauppstreymi yfir PTFE.
Leiðbeiningar um val: Hvenær á að velja hvaða
| Viðmiðun | Glerfóðrað stál | PTFE |
|---|---|---|
| Varmaleiðni (veggur) | Hátt (lágt viðnám) | Lágt (mikið viðnám) |
| Hámarkshiti | 200–250 gráður | 100–120 gráður (samfellt) |
| Hámarksþrýstingur | 10–16 bör (með þykku stáli) | 2–6 bör (fer eftir veggþykkt) |
| Hitaáfallsþol | Lélegt (meira en eða jafnt og 100 gráður / mín getur sprungið) | Frábært |
| Vélræn höggþol | Lélegt (brothætt) | Frábært (sveigjanlegt) |
| Tæringarþol | Frábært (ef gler er heilt) | Frábært |
| Framleiðsla í vafningum / sveigjanlegum búntum | Nei | Já |
| Kostnaður á flatarmálseiningu | Hár (sérhæfður framleiðsla) | Í meðallagi til hátt |
Niðurstaða
Glerfóðrað stálrör býður upp á varmauppfærslu yfir PTFE í sérstökum, stífum háhitanotkun, en raunverulegur kostur þess liggur í einstakri samsetningu tæringarþols og styrkleika, ekki óunnin leiðni. Theglerfóðrað stál vs PTFE rör hitaleiðniSamanburður sýnir að glerlagið sjálft er lélegur leiðari (~1 W/m·K), en þunnleiki þess (0,8–1,5 mm) ásamt mjög leiðandi stálbaki leiðir til heildarveggviðnáms sem er um það bil einn tíundi af PTFE röri með sambærilegu þrýstingsgildi. Hins vegar er glerfóðraða rörið stíft, brothætt og ekki hægt að nota það í sveigjanlegum rörabúntum. Það er úrvalsval fyrir ákveðna sess: háhita, mikla tæringu þar sem vélrænu höggi er stjórnað og eitt, stíft rör er ásættanlegt-oft í skel-og-röraskipti. Besta efnið er oft hjónaband andstæðna og glerfóðrað stál er farsælt, ef sess, samband.
