Þykkari PFA veggur (3 mm) getur keyrt kaldara á ytra yfirborðinu en þynnri veggur (1,5 mm) á sama aflgjafa (sama wattaþéttleiki miðað við yfirborðsflatarmál) vegna minna varmaflæðis á rúmmálseiningu? Bíddu, wattaþéttleiki er afl á hverja flatarmálseiningu, þannig að sami q (W/cm²) þýðir sama varmaflæði sem fer frá ytra yfirborðinu. Fyrir þykkari vegg er hitafallið yfir vegginn meira (ΔT=q × t / k). Þannig að innra yfirborðið (málmkjarna) verður heitara, og ytra yfirborðið verður líka að vera heitara til að viðhalda sama hitaflæði? Reyndar, T_outer=T_fluid + q/h. Fyrir sama q og h er T_outer það sama óháð veggþykkt. Svo hvernig getur þykkur veggur keyrt kælir? Svarið liggur ívökva-hliðarvarmaflutningsstuðull h. Fyrir þykkan vegg getur ytra yfirborð hitarans verið sléttara (mismunandi framleiðsla), eða stærra þvermálið getur breytt flæðimynstri, aukið h. En algengasta ástæðan eró-jöfn kraftdreifing: ef hitaraframleiðandinn dregur úr wattaþéttleikanum í þykkri-vegggerðinni (sama heildarafl, stærra yfirborð), þá er q lægra og T_outer lægra. Í stuttu máli, fyrir sama q, er T_outer það sama. Ef þykkur veggur verður kaldari verður hann að hafa lægra q (stærra yfirborð fyrir sama kraft) eða betri h.
Að skýra eðlisfræðina
Fyrir hitara með heildarafli P, yfirborðsflatarmál A, hitaflæði q=P/A. Ytra yfirborðshiti T_ytri=T_vökvi + q/klst. Veggþykkt kemur ekki fram í þessari jöfnu. Þess vegna, fyrir sama P, sama A, sama h, er T_outer eins óháð t.
Ef þykkur-veggaður hitari hefur stærra þvermál (sama lengd) eða lengri lengd (sama þvermál), A hækkar, q minnkar, T_ytri lækkar. Þykkir -veggir hitarar eru oft stærri til að vega upp á móti hitauppstreymi (til að halda hitastigi málmkjarna innan marka). Þessi stærri stærð dregur úr q, þar af leiðandi kaldara ytra yfirborð.
Samanburður á sama afli (6 kW)
| Hönnun hitari | Þvermál (mm) | Lengd (m) | Flatarmál (m²) | q (B/cm²) | t (mm) | T_ytri við 80 gráðu vatn, h=1,000 | Hitastig málmkjarna |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Þunnur-vegg staðall | 25 | 1.2 | 0.094 | 6.4 | 1.5 | 80 + (64.000/1.000)=144 gráðu | 144 + (64.000×0,0015/0,20)= 144+480=624 gráðu (ómögulegt, hitari bilar) |
| Þunnur-veggur, raunhæfur niðurfelldur | 25 | 2.0 | 0.157 | 3.8 | 1.5 | 80 + 38=118 gráðu | 118 + (38.000×0,0075)=118+285=403 gráðu (enn of hátt) |
| Þykkur-veggur, stærra svæði | 32 | 2.0 | 0.201 | 3.0 | 3.0 | 80 + 30=110 gráðu | 110 + (30.000×0,015)=110+450=560 gráðu (enn hátt) |
Þessir útreikningar sýna að PFA hitarar geta ekki starfað við háan wattaþéttleika. Til öruggrar notkunar verður q að vera minna en eða jafnt og 1,5 W/cm² fyrir 1,5 mm vegg, Minna en eða jafnt og 1,0 W/cm² fyrir 3 mm vegg (til að halda kjarnahita<260°C). So a thick wall must have lower q to survive. That lower q makes the outer surface cooler.
Raunhæfar öruggar rekstrarskilyrði
| Veggþykkt (mm) | Max Safe q (B/cm²) | Kjarnahiti (gráða) við T_fluid=80 gráðu, h=1.000 | T_ytri (gráða) | Hlutfallslegur ytri hitastig |
|---|---|---|---|---|
| 1.5 | 1.2 | 80 + 1.2×10.000×(0.0075+0.001)=80+102=182 gráðu | 80+12=92 gráðu | Grunnlína |
| 2.0 | 0.9 | 80 + 9.000×(0.01+0.001)=80+99=179 gráðu | 80+9=89 gráðu | Kólnar um 3 gráður |
| 2.5 | 0.7 | 80 + 7.000×(0.0125+0.001)=80+94=174 gráðu | 80+7=87 gráðu | Kólnar um 5 gráður |
| 3.0 | 0.6 | 80 + 6.000×(0.015+0.001)=80+96=176 gráðu | 80+6=86 gráðu | Kólnar um 6 gráður |
Við örugga notkunarmörk liggur 3 mm veggur með lægra q (0,6 W/cm²) en 1,5 mm vegg (1,2 W/cm²). Neðri q minnkar T_outer um 6 gráður (92 gráður á móti . 86 gráður ). Svo finnst þykkur veggurinn svalari.
Dæmi um svið
Verksmiðja skipti út 1,5 mm vegg PFA hitara (1,2 W/cm², T_ytri=92 gráðu ) fyrir 3 mm vegghitara (0,6 W/cm², T_outer=86 gráðu ). Þykkari hitarinn þurfti tvöfalt yfirborð (lengri lengd) til að skila sama afli. Rekstraraðilar tóku eftir því að nýja hitarinn var kaldari viðkomu (86 gráðu á móti. 92 gráðu). Hitarinn safnaði einnig minna magni (hristinn fellur út hraðar við hærra hitastig). Verksmiðjan komst að þeirri niðurstöðu að þykkir veggir væru kaldari - vegna þess að þeir eru hannaðir fyrir lægri wattaþéttleika.
Ályktun: Þykkur veggur er svalari vegna þess að hann starfar við lægra hitaflæði
PFA hitari með þykkum vegg (3 mm) keyrir kaldara á ytra yfirborðinu en þunn-vegg eining (1,5 mm) á sama aflgjafa vegna þess að þykka-vegghönnunin verður að starfa við lægri wattaþéttleika til að halda málmkjarnahitanum innan öruggra marka. Hámarks öruggt hitaflæði fyrir 3 mm vegg er 0,5–0,6 W/cm², en 1,5 mm veggur þolir 1,0–1,2 W/cm². Lægra hitaflæðið lækkar ytra yfirborðshitastigið um 5–10 gráður. Þykkir veggir eru í eðli sínu ekki betri leiðarar; þeir neyðast til að keyra á minni aflþéttleika, sem heldur þeim kaldari. Fyrir sama yfirborð og sama q myndi þykki veggurinn verða heitari (hærra ΔT). En í reynd eru þykkir-vegghitarar hannaðir með stærra yfirborði til að vega upp á móti. Svo já, þykkir veggir verða kaldari - en aðeins vegna þess að þeir eru stærri. Stærðin skiptir máli. Ef þú þarft svalt ytra yfirborð skaltu nota stærri hitara (neðri q). Veggþykktin er aukaatriði. Hitaflæðið er aðal. Minnka q, minnka T_outer. Þykkt eða þunnt, ytra hitastigið fer eftir q, ekki t. En þykkir kraftar lágt q. Svo þykkir sigrar. Skildu eðlisfræðina, hannaðu í samræmi við það. Fingurnir munu þakka þér - svala ytra yfirborðið er óhætt að snerta. En ekki snerta lifandi hitara. Enn heitt, bara minna heitt. Berðu virðingu fyrir hitanum.
