एक धातु परिष्करण संयंत्र ने समान आकार और रसायन शास्त्र के दो सफाई टैंकों में समान 5 किलोवाट पीटीएफई विसर्जन हीटर स्थापित किए। एक टैंक में 2 सीएफएम प्रति लीनियर मीटर पर एयर स्पार्गिंग का उपयोग किया गया। दूसरा कभी-कभार हाथ से हिलाने पर निर्भर था। दोनों हीटर 1.4 W/cm² पर संचालित होते हैं। स्पार्ज्ड हीटर चार साल तक चला। ग्यारह माह में बिना हिलाया गया हीटर फेल हो गया। वही वाट क्षमता. वही स्नान. अलग प्रवाह.
उत्तेजना दर वह चर है जो नाममात्र वाट घनत्व विनिर्देश को वास्तविक सुरक्षित परिचालन स्थिति में परिवर्तित करती है। डेटाशीट पर वाट घनत्व संख्या कुछ आधारभूत प्रवाह मानती है। जब हीटर पर वास्तविक प्रवाह उस धारणा से कम हो जाता है, तो सुरक्षित वाट घनत्व कम हो जाता है और हीटर को कीमत चुकानी पड़ती है।
सीमा परत: जहाँ ऊष्मा स्थानांतरण वास्तव में होता है
ऊष्मा हीटर को तरल पदार्थ की एक पतली फिल्म के माध्यम से छोड़ती है जिसे थर्मल सीमा परत कहा जाता है। इस परत में ऊष्मा चालन द्वारा चलती है, संवहन द्वारा नहीं। परत जितनी पतली होगी, गर्मी उतनी ही तेजी से बाहर निकलेगी और किसी दिए गए वाट घनत्व के लिए हीटर की सतह का तापमान कम होगा।
प्रवाह वेग सीमा परत की मोटाई को नियंत्रित करता है। 0.5 मीटर/सेकंड पर, परत 1 मिमी से कम हो सकती है। 0.05 मीटर/सेकेंड पर {{5}प्रभावी रूप से स्थिर{{6}यह 3-5 मिमी तक बढ़ सकता है। एक मोटी परत का मतलब उच्च तापीय प्रतिरोध है, जिसका अर्थ है समान बिजली उत्पादन पर उच्च हीटर सतह का तापमान।
रिश्ता रैखिक नहीं है. प्रवाह वेग को आधा करने से सीमा परत की मोटाई दोगुनी नहीं होती है। लेकिन कम उत्तेजित प्लेटिंग टैंकों की विशिष्ट निम्न वेग सीमा में, प्रवाह में छोटे परिवर्तन गर्मी हस्तांतरण में बड़े परिवर्तन उत्पन्न करते हैं। यही कारण है कि एक हीटर जो एक टैंक में अच्छा प्रदर्शन करता है, समान वाट घनत्व लेकिन कमजोर आंदोलन के साथ दूसरे में समय से पहले विफल हो जाता है।
| स्थानीय प्रवाह वेग | सीमा परत की मोटाई | ऊष्मा अंतरण गुणांक | हीटर ΔT 1.2 W/cm² पर | सुरक्षित वाट घनत्व |
|---|---|---|---|---|
| >0.5 m/s | <1 mm | उच्च | 6-10 डिग्री | 1.6-2.0 डब्लू/सेमी² |
| 0.2–0.5 m/s | 1-2 मिमी | मध्यम-उच्च | 10-16 डिग्री | 1.3-1.6 डब्ल्यू/सेमी² |
| 0.1–0.2 m/s | 2-3 मिमी | मध्यम | 16-24 डिग्री | 1.0-1.3 डब्ल्यू/सेमी² |
| <0.05 m/s | 3-5 मिमी | कम | 24-40 डिग्री | 0.6–0.9 डब्ल्यू/सेमी² |
50-80 डिग्री पर जलीय प्रक्रिया स्नान के लिए प्रवाह वेग और वाट घनत्व संबंध
क्यों टैंक-स्तर का आंदोलन हीटर के बराबर नहीं है-स्तर का प्रवाह
एक सामान्य विनिर्देशन त्रुटि यह मान लेना है कि टैंक की हलचल हीटर तक पहुँच जाती है। स्पार्ज पाइप को हीटर के आसपास नहीं, बल्कि वर्कपीस के चारों ओर तरल पदार्थ ले जाने के लिए तैनात किया जाता है। शिक्षकों का लक्ष्य प्रक्रिया क्षेत्र है। हीटर एक कोने में, एक रैक गाइड के पीछे, या एक स्थानांतरण तंत्र के नीचे बैठता है जहां प्रवाह थोक औसत का एक अंश होता है।
प्लेटिंग टैंकों में फ़ील्ड माप लगातार दिखाते हैं कि हीटर की सतह पर स्थानीय वेग टैंक के औसत वेग से 30-70% कम है। मृत क्षेत्रों में {{4}कोनों में, बफल्स के पीछे, फिक्स्चर के नीचे में {{5}यह 80-90% कम हो सकता है।
यही कारण है कि टैंक स्तर की हलचल के आधार पर वाट घनत्व का चयन सुरक्षित सीमा को अधिक महत्व देता है। हीटर एक प्रवाह वातावरण में काम करता है जो कि बल्क टैंक की स्थिति से काफी खराब है। मुख्य वॉल्यूम में काम करने वाला वाट घनत्व हीटर पर विफल हो जाता है।
आंदोलन के तरीके और उनकी पहुंच
अलग-अलग आंदोलन विधियां हीटर की सतह पर अलग-अलग प्रवाह विशेषताएँ प्रदान करती हैं।
एयर स्पार्गिंग सबसे आम तरीका है। यह थोक मिश्रण में प्रभावी है लेकिन स्पार्ज पाइप के पास स्थानीय अशांति पैदा करता है जो दूरी के साथ खराब हो जाता है। स्पार्ज से 300 मिमी की दूरी पर स्थित हीटर पाइप पर मापे गए वेग का केवल 20-30% ही देख सकता है।
एडक्टर परिसंचरण अधिक निर्देशित प्रवाह प्रदान करता है। हीटर की सतह पर लक्षित एक नोजल एक केंद्रित जेट प्रदान करता है जो लंबी दूरी पर वेग बनाए रखता है। किसी विशिष्ट स्थान पर प्रवाह में सुधार के लिए यह सबसे प्रभावी तरीका है।
वर्कपीस मूवमेंट {{0}बैरल रोटेशन या रैक दोलन {{1}बल्क मिक्सिंग में योगदान देता है लेकिन हीटर की सतह पर शायद ही कभी सार्थक वेग पैदा करता है जब तक कि वर्कपीस हीटर के करीब से न गुजरे।
एक समर्पित हीटर डिब्बे के साथ पंप रीसर्क्युलेशन सबसे समान प्रवाह प्रदान करता है। एक छोटा पंप टैंक से निकलता है और अन्य हलचल की परवाह किए बिना लगातार वेग बनाए रखते हुए हीटर में डिस्चार्ज करता है। यह व्यवस्था बड़े प्लेटिंग टैंकों में आम है जहां हीटर की विश्वसनीयता महत्वपूर्ण है।
| आंदोलन विधि | हीटर पर वेग (300 मिमी दूरी) | वाट घनत्व में वृद्धि संभव | उपकरण लागत | सर्वोत्तम अनुप्रयोग |
|---|---|---|---|---|
| कोई हलचल नहीं | <0.05 m/s | आधारभूत | कोई नहीं | सिफारिश नहीं की गई |
| एयर स्पार्गिंग, सामान्य | 0.05–0.1 m/s | +0.1–0.2 W/cm² | कम | छोटे टैंक |
| एयर स्पार्गिंग, निर्देशित | 0.1–0.2 m/s | +0.2–0.3 W/cm² | कम | अधिकांश चढ़ाना टैंक |
| हीटर पर कंडक्टर | 0.3–0.5 m/s | +0.3–0.5 W/cm² | मध्यम | चिपचिपा स्नान |
| समर्पित पुनरावर्तन | 0.4–0.6 m/s | +0.4–0.6 W/cm² | उच्च | महत्वपूर्ण अनुप्रयोग |
चढ़ाना और रासायनिक प्रसंस्करण टैंकों में क्षेत्र माप से वेग और वाट घनत्व डेटा
वास्तविक हीटर के साथ वाट घनत्व का मिलान -स्तर प्रवाह
व्यावहारिक दृष्टिकोण हीटर स्थान पर प्रवाह वेग को मापने या अनुमान लगाने का है, न कि टैंक औसत का। यदि माप अव्यावहारिक है, तो हीटर की स्थिति और आंदोलन विधि के आधार पर रूढ़िवादी अनुमान का उपयोग करें।
केवल सामान्य स्पार्गिंग वाले कोने में हीटर के लिए, 0.05–0.1 मी/से. मान लें। निर्देशित स्पार्गिंग के साथ मुख्य प्रवाह पथ में एक हीटर के लिए, 0.2-0.3 मी/से. मान लें। समर्पित एडक्टर या रीसर्क्युलेशन वाले हीटर के लिए, 0.3-0.5 मीटर/सेकंड मान लें।
उपरोक्त तालिका में संबंधित पंक्ति से वाट घनत्व का चयन करें। यदि उस वाट घनत्व पर आवश्यक सतह क्षेत्र उपलब्ध टैंक स्थान से अधिक है, तो विकल्प आंदोलन में सुधार करना, कुल वाट क्षमता को कम करना, या एक कस्टम हीटर कॉन्फ़िगरेशन का उपयोग करना है जो अधिक सतह क्षेत्र प्रदान करता है।
बड़े संशोधनों के बिना प्रवाह में सुधार
हीटर से 150-250 मिमी की दूरी पर स्थित और हीटर की सतह पर लक्षित एक छोटा एडक्टर नोजल स्थानीय वेग को स्थिर से 0.3-0.5 मीटर/सेकेंड तक बढ़ा सकता है। नोजल को एक छोटे पंप या संपीड़ित हवा द्वारा संचालित किया जा सकता है, और हर साल एक खराब हीटर को बदलने की तुलना में स्थापना लागत मामूली है।
लंबवत स्थापित हीटर के ठीक नीचे स्थित एक छिद्रित स्पार्ज पाइप बुलबुले का एक पर्दा उत्पन्न करता है जो हीटर की सतह को कवर करता है। यह एक एडक्टर की तुलना में कम प्रभावी है लेकिन इसके लिए केवल संपीड़ित वायु कनेक्शन और छिद्रित पाइप की लंबाई की आवश्यकता होती है।
यदि टैंक लेआउट अनुमति देता है तो हीटर को मुख्य परिसंचरण पथ में पुनः स्थापित करना-सबसे सरल सुधार है। हीटर को एक कोने से स्पार्ज पाइप से 100-150 मिमी की दूरी पर ले जाने से बिना किसी उपकरण लागत के स्थानीय वेग दोगुना हो सकता है।
जब मानक हीटर प्रवाह वास्तविकता से मेल नहीं खा सकते
जटिल आंतरिक फिक्स्चर और सीमित आंदोलन वाले टैंक अक्सर मानक पीटीएफई विसर्जन हीटरों को वाट घनत्व पर समायोजित नहीं कर सकते हैं जो वास्तविक हीटर स्तर प्रवाह की मांग करता है। 0.8 डब्लू/सेमी² पर 5 किलोवाट ड्यूटी के लिए 6,000 सेमी² से अधिक हीटर सतह की आवश्यकता होती है, जो सामान्य टैंक आयामों में एक एकल हीटर द्वारा प्रदान की जाने वाली क्षमता से अधिक होती है।
प्रवाह अनुकूलित स्थिति, एक समर्पित एडक्टर और कम वाट घनत्व के साथ एक कस्टम पीटीएफई विसर्जन हीटर कॉन्फ़िगरेशन प्रवाह भुखमरी के मूल कारण को संबोधित करता है। विनिर्देशन प्रक्रिया के लिए टैंक आयाम, आंदोलन विधि, प्रवाह स्रोतों के सापेक्ष हीटर की स्थिति, स्नान रसायन विज्ञान और आवश्यक वाट क्षमता की आवश्यकता होती है। अलग-अलग हलचल की स्थिति के साथ कई टैंक चलाने वाली सुविधाओं के लिए, यह एप्लिकेशन विशिष्ट दृष्टिकोण नाममात्र टैंक की स्थिति के बजाय हीटर पर वास्तविक प्रवाह वातावरण में वाट घनत्व से मेल खाता है।
