في الخزانات المحيرة-المستخدمة في الخلط والتفاعلات الكيميائية ونقل الحرارة-تؤدي المسافة بين الحاجز وجدار الخزان إلى إنشاء قناة تجاوز التدفق. إذا تم وضع سخان PFA في هذه القناة، يجب أن تكون سرعة التدفق بعد السخان كافية للحفاظ على نقل الحرارة ومنع ارتفاع درجة الحرارة الموضعية. الحد الأدنى لسرعة تجاوز التدفق لسخانات PFA في خدمة المياه هو 0.3-0.5 م / ث للحفاظ على درجة حرارة سطح PFA في حدود 10 درجات من السائل السائب عند كثافات واط نموذجية (3-5 واط / سم²). بالنسبة إلى مسافة معينة للحاجز (الفجوة بين حافة الحاجز وجدار الخزان)، يجب تحديد قطر السخان بحيث تكون منطقة المقطع العرضي- للقناة الالتفافية حول السخان كبيرة بما يكفي للحفاظ على السرعة. القاعدة: يجب أن يكون القطر الخارجي للسخان أقل من أو يساوي 50% من عرض فجوة الحاجز. بالنسبة للفجوة الحاجزة التي تبلغ 100 مم، يكون الحد الأقصى لقطر السخان 50 مم. بالنسبة لفجوة 50 مم، الحد الأقصى للقطر الخارجي للسخان هو 25 مم. تعمل السخانات الأكبر حجمًا على خنق التدفق، مما يقلل من السرعة ويسبب ارتفاع درجة الحرارة.
حساب سرعة تجاوز التدفق
السرعة في الفجوة الحاجزة هي v=Q / A، حيث Q هو معدل التدفق الحجمي من المحرض أو مضخة إعادة التدوير، وA هي مساحة المقطع العرضي - للفجوة التي لا يشغلها المدفأة. إجمالي عرض الفجوة هو W، وسخان OD هو D، وارتفاع الخزان هو H (يفترض أنه مغمور بالكامل). المنطقة الحرة A_free=(W - D) × H. إذا اقترب D من W، يقترب A_free من الصفر، تنخفض السرعة بشكل كبير. للمحافظة على قيمة v أكبر من أو تساوي 0.3 m/s، يجب أن تكون A_free أكبر من أو تساوي Q / 0.3. بالنسبة لخزان نموذجي مزود بمقلب يقدم Q=0.05 م³/ث (3 م³/دقيقة)، H=2 م، مطلوب A_free=0.05 / 0.3=0.167 م². ثم (W - D) × 2=0.167، إذن W - D=0.0835 م=83.5 ملم. إذا كان W=150 مم، فإن الحد الأقصى للعمق=150 - 83.5=66.5 مم. سوف يعمل سخان 65 ملم. إذا كان العرض=100 ملم، والحد الأقصى للعمق=100 - 83.5=16.5 ملم- سخان صغير جدًا. في هذه الحالة، لا يمكن وضع السخان في فجوة الحاجز؛ يجب أن يتم نقلها.
بالنسبة لخزانات الحمل الحراري الطبيعية (بدون مضخة، لا محرض)، يتم إنشاء سرعة التدفق عن طريق الطفو. أقصى ارتفاع للسرعة على طول المدفأة هو تقريبًا v=√(2 × g × × ΔT × L)، حيث g=9.81 m/s²، هو معامل التمدد الحراري (0.0004/ درجة للماء)، ΔT هو فرق درجة الحرارة بين سطح المدفأة والكتلة (10 درجة)، وL هو طول المدفأة (1 م). v=√(2 × 9.81 × 0.0004 × 10 × 1)=√(0.0785)=0.28 م/ث-عند الحد الأدنى. وأي تقييد يقلل من هذه السرعة يخاطر بارتفاع درجة الحرارة. بالنسبة للحمل الحراري الطبيعي، يجب أن يكون قطر السخان أقل من أو يساوي 30% من عرض فجوة الحاجز لتجنب الاختناق.
قطر السخان مقابل جدول تحديد فجوة الحاجز
| عرض الفجوة يربك (مم) | نوع التدفق | الحد الأدنى المطلوب v (م/ث) | الحد الأقصى لقطر السخان (مم) لـ v أكبر من أو يساوي الحد الأدنى | السخان الموصى به OD (مم) | ملحوظات |
|---|---|---|---|---|---|
| 50 | القسري (مضخة، المحرض) | 0.3 | 25 | 20–25 | ضيق ولكنه ممكن |
| 50 | الحمل الحراري الطبيعي | 0.25 | 15 | 12–16 | سخان صغير جدا |
| 75 | قسري | 0.3 | 40 | 32–38 | جيد |
| 75 | طبيعي | 0.25 | 22 | 20–25 | مقبول |
| 100 | قسري | 0.3 | 58 | 50 | معيار |
| 100 | طبيعي | 0.25 | 30 | 25 | نعم |
| 125 | قسري | 0.3 | 83 | 75 | ممكن سخان كبير |
| 150 | قسري | 0.3 | 108 | 100 | نموذجي للدبابات الكبيرة |
| 200 | قسري | 0.3 | 158 | 150 | قد تناسب سخانات متعددة |
عواقب السخان الكبير الحجم في Baffle Gap
إذا كان قطر السخان كبيرًا جدًا بالنسبة لفجوة الحاجز (D > 0.6 × W للتدفق القسري، D > 0.3 × W للحمل الحراري الطبيعي)، تحدث ثلاث مشكلات:
ركود التدفق: تنخفض السرعة إلى أقل من 0.2 م/ث. ينخفض معامل نقل الحرارة h من 500-1000 واط/م²·ك إلى 100-300 واط/م²·ك. للحصول على كثافة واط ثابتة، ترتفع درجة حرارة سطح PFA بمقدار 20-50 درجة.
ارتفاع درجة الحرارة الموضعية: النقطة الأكثر سخونة هي على الجانب السفلي من المدفأة (في أعقاب). يمكن أن يصل فرق درجة الحرارة بين المنبع والمصب إلى 20-30 درجة، مما يسبب إجهادًا حراريًا غير متساوٍ.
التحجيم المتسارع: السرعة المنخفضة تسمح للفقاعات والجزيئات بالتشبث بالسخان، وتشكيل القشور والأغشية الحيوية. يقلل المقياس أيضًا من انتقال الحرارة، مما يخلق حلقة ردود فعل إيجابية.
يُظهر الفحص الميداني لسخان كبير الحجم في فجوة حاجزة نمطًا مميزًا: لون PFA أصفر أو بني على الجانب السفلي، مع رواسب بيضاء الحجم. قد يبدو الجانب المنبع طبيعيا. إذا تمت ملاحظة هذا النمط، فهذا يعني أن المدفأة كبيرة جدًا بالنسبة لهذه الفجوة.
بدائل التثبيت عندما تكون الفجوة صغيرة جدًا
إذا تجاوز قطر السخان المطلوب الحد الأقصى المسموح به لفجوة الحاجز، ففكر في هذه البدائل:
نقل المدفأة: قم بتركيب المدفأة في وسط الخزان (بعيدًا عن الحواجز) أو في حلقة إعادة التدوير. غالبًا ما يكون للتركيب المركزي سرعة تدفق أعلى من الفجوات الحاجزة.
استخدم عدة سخانات أصغر: بدلاً من سخان واحد مقاس 50 مم، استخدم سخانين مقاس 25 مم. يمكن أن تكون مساحة السطح الإجمالية (والطاقة) هي نفسها، ولكن كل سخان أصغر لديه قيود تدفق أقل.
زيادة الفجوة يربك: إذا كان تصميم الخزان يسمح بذلك، قم بزيادة W عن طريق تحريك الحواجز أو تقليم حواف الحواجز. إن إضافة 25 مم إلى الفجوة يسمح بتسخين 50 مم حيث كان 32 مم فقط مناسبًا من قبل.
إضافة مسرع التدفق: قم بتركيب فوهة صغيرة أو فوهة نفاثة في فجوة الحاجز لزيادة السرعة المحلية. تستهلك الفوهة بعض طاقة المضخة ولكنها تستعيد نقل الحرارة.
مثال ميداني
يحتوي خزان الخلط سعة 5000 لتر على فجوة حاجزة تبلغ 80 مم. قام المصنع بتركيب سخان PFA بقطر 63 ملم (79% من الفجوة). كانت سرعة التدفق (المقاسة) 0.12 م/ث. تم رفع مستوى السخان خلال 3 أشهر، ووصلت درجة حرارة سطح PFA إلى 115 درجة في ماء بدرجة 70 (ارتفاع 45 درجة). استبدله المصنع بسخانين مقاس 25 مم (إجمالي الطاقة نفسه) موضوعين على جانبي الحاجز. وكانت السرعة حول كل سخان 0.35 م/ث. تم تقليل التقشر، وانخفضت درجة حرارة السطح إلى 85 درجة، وامتد عمر السخان من 6 أشهر إلى 5 سنوات. كانت تكلفة السخانتين (2 × 500=500=1,000) أعلى من السخان الواحد مقاس 63 مم (800 دولار)، ولكن تم سداد العمر الأطول وتقليل وقت التوقف عن العمل في غضون 18 شهرًا.
الخلاصة: السخان OD أقل من أو يساوي 0.5 × فجوة الحاجز للتدفق القسري
بالنسبة لسخان PFA المثبت في فجوة يربك، حدد قطر السخان بحيث يكون OD أقل من أو يساوي 0.5 × عرض فجوة الحاجز (W) للتدفق القسري (الضخ أو التحريك)، وOD أقل من أو يساوي 0.3 × W للحمل الحراري الطبيعي. وهذا يضمن مساحة حرة كافية للحفاظ على الحد الأدنى من سرعة تجاوز التدفق البالغة 0.3 م/ث (القسري) أو 0.25 م/ث (طبيعي). تعمل السخانات كبيرة الحجم على اختناق التدفق، مما يتسبب في انخفاض السرعة وارتفاع درجة حرارة السطح وتسريع عملية القياس والفشل المبكر. قياس الفجوة، وحساب الحد الأقصى المسموح به OD، واختيار وفقا لذلك. إذا تجاوز OD المطلوب الحد الأقصى، فقم بنقل السخان أو استخدم عدة سخانات أصغر. الفجوة الحاجزة مخصصة للتدفق، وليس لحشو أكبر سخان ممكن. احترم الفجوة، وحجم المدفأة، وحافظ على التدفق. سوف يشكرك سخانك بسنوات من الخدمة.
