पीएफए की गैर -चिपचिपाहट मीडिया से निपटने के दौरान छड़ी की विशेषता कभी-कभी हीटिंग दक्षता को कम क्यों कर देती है?
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गर्म पिघल चिपकने वाले, संकेंद्रित पॉलिमर समाधान, बिटुमेन या एपॉक्सी रेजिन जैसे उच्च चिपचिपाहट वाले तरल पदार्थों के लिए विसर्जन हीटर डिजाइन करते समय, इंजीनियर आमतौर पर उनके लगभग सार्वभौमिक रासायनिक प्रतिरोध और शानदार गैर-छड़ी सतह के लिए पीएफए (पेरफ्लूरोअल्कोक्सी अल्केन) शीथ निर्दिष्ट करते हैं। चिकने, कम घर्षण वाले फ्लोरोपॉलीमर आवरण से जमाव को खत्म करने, सफाई के समय को कम करने और हीटिंग सतह को हमेशा साफ रखने की उम्मीद की जाती है। हालाँकि, निरंतर पॉलिमर प्रसंस्करण लाइनों और चिपकने वाले होल्डिंग टैंकों से प्राप्त फ़ील्ड डेटा एक आश्चर्यजनक घटना दिखाते हैं: बहुत ही गैर-छड़ी विशेषता जो पीएफए को वांछनीय बनाती है, कुछ चिपचिपी प्रवाह स्थितियों के तहत, गर्मी हस्तांतरण क्षमता को नाटकीय रूप से कम कर सकती है। यह एक स्थिर थर्मल इन्सुलेशन सीमा परत विकसित करके किया जाता है जो हीटर से कमजोर रूप से चिपक जाता है लेकिन थोक तरल पदार्थ की उच्च चिपचिपाहट द्वारा इसके खिलाफ आयोजित किया जाता है। इस प्रभाव को समझने के लिए, हमें हीटर के तरल इंटरफ़ेस पर द्रव की गतिशीलता को देखने की जरूरत है, न कि केवल सामग्री मापदंडों को।
कम -आसंजन सतह चिपचिपा उपपरत घटना
किसी भी मजबूर या प्राकृतिक संवहन हीटिंग स्थिति में, ठोस दीवार के पास द्रव परत में थोक प्रवाह की तुलना में कम वेग होता है। कम चिपचिपाहट वाले तरल पदार्थ जैसे पानी या पतला एसिड के लिए, यह सीमा परत आमतौर पर 0.5 मिमी से कम मोटी होती है और इसका इन्सुलेशन प्रभाव समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक की तुलना में छोटा होता है। उच्च -चिपचिपापन मीडिया (यहां परिचालन तापमान पर गतिशील चिपचिपाहट> 500 सीपी के रूप में परिभाषित किया गया है) मौलिक रूप से अलग कार्य करता है। संवेग विसरणशीलता इतनी कम है कि चिपचिपी उप परत हीटर की सतह से 3-8 मिमी दूर हो सकती है, विशेष रूप से यांत्रिक हलचल के बिना शांत टैंकों में।
यह परत एक मानक धातु हीटर पर मध्यम सतह खुरदरापन (Ra 0.8-1.6 µm) के साथ धीरे-धीरे चलती है। गर्मी का आदान-प्रदान परत के अंदर प्राकृतिक संवहन द्वारा होता है, जिससे गर्म दीवार के संपर्क में तरल को ताज़ा करने के लिए सूक्ष्म-स्कोपिक मिश्रण भंवर बनते हैं। इसके विपरीत, पीएफए सतह की सतह ऊर्जा बहुत कम है (सामान्य मान 18-20 एमएन/एम) और अत्यधिक चिकनी है (रा अक्सर)<0.2 µm) and this prevents any inclination of the adjacent layer to detach or roll over. The high-viscosity fluid just glides over the fluoropolymer surface without producing disruptive flow patterns. As a result, the thermal boundary layer is much thicker and more stagnant than that on a surface with intermediate roughness or higher adhesion. Infrared thermography quantitative measurements of the steady‑state boundary layer thickness on PFA were 2.3 times that of a stainless steel 316 sheath for the same power input and tank geometry in a bath of 10,000 cP silicone oil at 150 °C.
गर्मी हस्तांतरण दंड की मात्रा का निर्धारण: सिद्धांत से मापा डेटा तक।
तापन दक्षता में कमी चिपचिपी उप-परत पर लागू फूरियर के नियम का प्रत्यक्ष परिणाम है। ताप प्रवाह q को q=h (Tsurface - Tbulk) के रूप में व्यक्त किया जाता है, जहाँ h संवहन ताप अंतरण गुणांक है। उच्च पीआर संख्या वाले तरल पदार्थों (पीआर > 100, चिपचिपे मीडिया के लिए सामान्य) के लिए नुसेल्ट संख्या सहसंबंध Nu=h·L/k का दीवार की "वेटेबिलिटी" या आसंजन सुविधा पर पर्याप्त प्रभाव पड़ता है, जिसे पीएफए जानबूझकर कम करता है। शीथ सामग्री के अपवाद के साथ समान हीटर ज्यामिति के साथ किए गए 180 डिग्री पर 50,000 सीपी पॉलीब्यूटीन द्रव का उपयोग करके नियंत्रित प्रयोगशाला परीक्षण से प्राप्त प्रायोगिक डेटा से पता चला कि पीएफए - शीथेड हीटर केवल 1.8 डब्ल्यू/सेमी^2 के ताप प्रवाह तक पहुंचने से पहले 220 डिग्री के अधिकतम सतह तापमान तक पहुंच गया, जबकि एक खुरदरा इंकोलॉय शीथ (आरए 1.2 माइक्रोमीटर) 2.9 तक पहुंच गया। समान सतह तापमान सीमा के अंतर्गत W/cm^2। दूसरे शब्दों में, पीएफए की गैर-छड़ी प्रकृति ने इस विशेष उच्च चिपचिपाहट वाले तरल पदार्थ के लिए उपयोगी शक्ति घनत्व को लगभग 38% कम कर दिया। यह तब और अधिक स्पष्ट होता है जब तरल पदार्थ में निलंबित कण या फाइबर होते हैं, जो खुरदरी सतह पर सूक्ष्म-आंदोलनकारी के रूप में काम करेंगे, लेकिन पीएफए पर सीमा परत को परेशान किए बिना आसानी से निकल जाते हैं।
क्यों "स्वच्छ सतह" गति न करने पर बाधा बन जाती है?
वही नॉनस्टिक विशेषता जो जमाव को बेक होने से रोकती है, वह एक स्थिर, चिपकने वाली थर्मल सीमा परत के उत्पादन को भी रोकती है जो समय-समय पर प्रवाह के उतार-चढ़ाव से टूट सकती है। यांत्रिक हलचल या पुनरावर्तन वाले टैंक में यह लागत कम हो जाती है क्योंकि थोक वेग लगातार गर्म सीमा परत को दूर ले जाता है। हालाँकि, कई उच्च {{3}चिपचिपापन प्रक्रियाएं, द्रव के वातन या कतरनी संवेदनशील पॉलिमर के क्षरण से बचने के लिए जानबूझकर मध्यम या रुक-रुक कर आंदोलन का उपयोग करती हैं। ऐसे मामलों में गर्म उच्च चिपचिपाहट वाले तरल पदार्थ का अनिवार्य रूप से गतिहीन खोल पीएफए आवरण को ढक सकता है और थर्मल कंबल के रूप में कार्य कर सकता है। दो घंटे के लिए 160 डिग्री पर 100,000 सीपी बिटुमेन में पीएफए हीटर की इन्फ्रारेड तस्वीरों में लगभग 5 मिमी मोटे तरल पदार्थ का एक स्थिर गोलाकार क्षेत्र दिखाया गया, जिसका तापमान म्यान की सतह से लगभग 8-12 डिग्री कम था, जबकि थोक तापमान काफी पीछे था। समान ज्यामिति लेकिन थोड़ी अधिक सतह ऊर्जा वाला एक धातु हीटर दृश्यमान संवहन प्लम उत्पन्न करता है जो नियमित रूप से सतह से अलग हो जाता है, जिसके परिणामस्वरूप 40% तेज बल्क वार्म-अप समय होता है।
तुलनात्मक चयन मार्गदर्शिका: जब नॉन - स्टिक पीएफए विस्कोस हीटिंग के लिए सर्वोत्तम है (या नहीं है)
मुख्य प्रवाह व्यवस्था, चिपचिपाहट सीमा और सफाई सुविधा और थर्मल दक्षता के बीच स्वीकार्य व्यापार छूट के आधार पर निर्णय रूपरेखा नीचे दी गई तालिका में प्रदान की गई है। म्यान सामग्री पर अंतिम निर्णय लेने से पहले इंजीनियरों को एक साधारण प्रयोगशाला बीकर परीक्षण के माध्यम से अपने व्यक्तिगत तरल पदार्थ की प्रांटल संख्या और अपेक्षित सीमा परत मोटाई की जांच करनी चाहिए।
प्रक्रिया की स्थिति और चिपचिपाहट रेंज अनुशंसित शीथ सामग्री और हीटिंग दक्षता के लिए सतह कोर तर्क
उच्च चिपचिपापन (1,000{5}}100,000 सीपी) शांत टैंक, लंबे समय तक कोई हलचल नहीं, कठोर धातु (जैसे स्टेनलेस स्टील, इंकोलॉय) या पीएफए, अनुरूप सूक्ष्म {6}बनावट के साथ, धातु की सतह चिपचिपी उप-परत की सूक्ष्म {7}संवहनी गड़बड़ी का कारण बनती है और चिकनी पीएफए की तुलना में गर्मी प्रवाह को 30-50% तक बढ़ा देती है। जमा पर पकाए जाने के लिए समय-समय पर सफाई स्वीकार करें। *
उच्च चिपचिपाहट, निरंतर पुनरावर्तन (हीटिंग लूप में पुनः > 2,300) मानक चिकनी पीएफए थोक प्रवाह सीमा परत को लगातार स्वीप करता है। नॉनस्टिक लाभ जमा राशि को बढ़ने से रोकता है। छोटा (<10%) heating efficiency penalty compared to metal.
मध्यम चिपचिपाहट (100{1}}1000 सीपी), सतह उभार या पेचदार खांचे के साथ हल्के आंदोलन या कभी-कभी सरगर्मी पीएफए, इंजीनियर बनावट सीमा परत को तोड़ती है जबकि फिर भी अधिकांश तरल पदार्थों के नॉन-स्टिक निर्वहन की अनुमति देती है। गर्मी हस्तांतरण और सफाई के लिए सबसे अच्छा समझौता।
पॉलिमर पिघला हुआ (कतरनी संवेदनशील) (उदाहरण के लिए पीवीसी प्लास्टिसोल, पीयू प्रीपोलिमर) गैर-छड़ी रखें, खराब होने वाले उत्पादों से बचें। 30-40% हीट ट्रांसफर जुर्माने की भरपाई के लिए ओवरसाइज़ हीटर
