Isı transfer yağı ısıtıcıları: yüzey ısı akısı, film sıcaklığı ve akışkan bozunması

Ana sıvı ile ısıtma yüzeyi arasındaki gizli sıcaklık farkını hesaplayın; yerel film ısınmasını bütün ısıtıcının sıcaklık artışından ayırın ve bozunma bulgularını yorumlayın.

Bu sayfada

Isı transfer yağı çıkış sıcaklığı normal görünürken ısıtma yüzeyi yakınındaki akışkan çok daha sıcak olabilir. Ana akış sensörü karışmış akımı görür; ısı önce yerel sınır tabakayı geçer. Yüksek yerel ısı akısı, yetersiz dolaşım veya birikinti bu sıcaklık yolunu değiştirir. Bozunmayı akışkana bağlamadan veya ısıtıcı gücünü artırmadan önce bu yol anlaşılmalıdır.

Ana akış sıcaklığı en sıcak akışkan sıcaklığı değildir

Ana akış sıcaklığı, belirtilen konumdaki esas sıvı akımını temsil eder. Isı transfer akışkanı hizmetinde en yüksek film sıcaklığı, ısıtma yüzeyiyle temas eden en sıcak akışkandır. Bu kullanım, bazı taşınım bağıntılarında özellik değerlendirmek için duvar ve ana akış sıcaklığının aritmetik ortalamasına verilen “film sıcaklığı” adından farklıdır.

Eastman ana akış ile duvar temasındaki en yüksek film sıcaklığını açıkça ayırır. İnce sıvı hacmi ağır yerel termal zorlanma yaşarken ortalama akım önerilen ana akış sınırının altında kalabilir. Ekrandaki sıcaklığın neyi temsil ettiğini sensör yeri, karışma ve tepki süresi belirler.

Yerel ısı geçişini tutarlı alanlarla yazın

Temiz yüzey ve tek fazlı sürekli yaklaşımda q″ = h(Tw − Tb) olur. q″ akışkana geçen W/m² cinsinden ısı akısı; h W/(m²·K) cinsinden sıvı tarafı taşınım katsayısı; Tb yerel ana akış, Tw akışkanla temas eden yüzey sıcaklığıdır. Böylece Tw = Tb + q″/h bulunur. q″/h oranı sıcaklık farkıdır; tek başına bir sıcaklık değeri değildir.

Dow film katsayısını birim alan ve sıcaklık farkı başına taşınımla tanımlar. Isı akısı ile katsayı aynı alan temelinde olmalıdır. Brülörde açığa çıkan ısı otomatik olarak sıvıya geçen ısı değildir; dış boru alanındaki akı, alan dönüşümü yapılmadan iç alan katsayısıyla birleştirilemez.

Sayısal örnek: ortalama yük yerel tepeyi gizleyebilir

25 m² iç ısıtma alanından sıvıya gerçekten 500 kW geçtiği varsayılsın. Ortalama akı 500000/25 = 20000 W/m² olur. Yerel ana akış 300°C ve h = 500 W/(m²·K) alınırsa temiz yüzey tahmini 300 + 20000/500 = 340°C’dir. Bunlar örnek işletme girdileridir; ölçülmüş ısıtıcı veya seçilmiş sıvının onaylı katsayısı değildir.

Yerel tepe akısı çarpanı 1,8 varsayılsın; q″peak = 36000 W/m² olur. Aynı yerel ana akış ve katsayıyla duvar temasındaki tepe sıvı sıcaklığı 300 + 36000/500 = 372°C’ye çıkar. Yalnız ortalama akı kullanmak yerel sıcaklığın 32 K’lik artışını kaçırır. Gerçek tepe çarpanını alevli ısıtıcının ışınım dağılımı, geometrisi ve akış dağılımı belirlemelidir.

Ana akış uygun görünürken film sınırı aşılabilir

Duyarlılık örneğinde yerel ana akış ve tepe akısı sabitken h, 500’den 250 W/(m²·K) değerine düşsün. Sıcaklık artışı 72’den 144 K’ye çıkar; tek fazlı ön değerlendirme 444°C verir. Bu, pompa debisi yarıya indiğinde h tam yarıya iner iddiası değildir; katsayı geometri, hız, viskozite ve başka özelliklere bağlıdır.

Yayımlanmış belirli bir referans olarak Eastman, Therminol 66 için en yüksek ana akış ve film sıcaklıklarını 345°C ve 375°C verir. Örnekteki 300°C ana akış bu değerin altındadır; 372°C filmde yalnız 3 K nominal pay bırakır, 444°C ise film değerini 69 K aşar. Karşılaştırma ısıtıcı onayı veya ürün önerisi değildir. Yerel akı ve h belirsizliği 3 K payı kolayca aşabilir.

Sıcaklık tahminine güvenmeden fazı kontrol edin

Önceki denklem uygun tek fazlı taşınım modeli varsayar. Büyük hesaplanan duvar sıcaklığı gerçek sıvı film sıcaklığı sayılmadan önce yerel basınç ve akışkan buhar basıncı kontrol edilmelidir. Kaynama, buhar örtüsü veya büyük özellik değişimi varsa başka ısı geçiş modeli gerekir. Yüksek sonuç, varsayılan rejim veya çalışma koşulunun uygun olmayabileceğini gösterir; sıvının gerçekten o sıcaklıkta kaldığını kanıtlamaz.

Termal kararlılık sınırı parlama ve kendiliğinden tutuşma sıcaklığından da farklıdır. Akışkan, tasarlanmış kapalı sistemde parlama noktasının üstünde çalışırken yine ciddi kaçak/yangın tehlikesi taşıyabilir. Tersine, yayımlanmış ana akış sınırının altında kalmak sıcak yüzeye kaçağı zararsız yapmaz. Uyumluluk, sızdırmazlık ve yangın koruması ayrı tasarım kontrolleridir.

Ana akış 300°C, ortalama akı 20 kW/m² ve h 500 W/(m²K) iken film tahmini 340°C’dir. Yerel 1,8 tepe çarpanı 372°C verir; h 250 iken tek fazlı ön hesap 444°C olur. 0,0005 m²K/W tortu, sabit akıda 18 K ek farkla alttaki metali 462°C yapar. — Varsayımsal katsayı ve tepe akısıyla özgün sürekli tek fazlı direnç ön hesabı. Büyük sıcaklıklar faz/özellik kontrolü gerektirir. Tortu farkı sabit akıda altındaki metale eklenir; sıvı temas arayüzüne otomatik eklenmez. Isıtıcı boyutlandırması veya koruma ayarı değildir.

Birikinti, tanımlı sınır koşulunda ek sıcaklık farkı oluşturur

Tepe akısı ve düşük h örneğine devam edilip metal ile sıvı temas yüzeyi arasına Rf = 0,0005 m²·K/W birikinti direnci eklensin. Birikinti boyunca fark q″Rf = 36000 × 0,0005 = 18 K olur. Aynı dayatılmış akı ve yerel ana akışta, tortu altındaki metal bu basit seri direnç modelinde 444 + 18 = 462°C olur.

Sabit akılı hesapta sıvı temas arayüzü 444°C kalır; ek 18 K birikinti üzerindedir. Bu farkı her sıvı sıcaklığına gelişigüzel eklemek yanlıştır. Sıvı tarafı akı yerine metal sıcaklığı veya brülör girdisi sınırlıysa aktarılan ısı azalabilir. Gözenekli tortu içindeki artık sıvının maruziyeti farklı olabilir; bu toplu model onu çözmez.

Bütün ısıtıcının sıcaklık artışı ayrı enerji dengesidir

Ayrı sürekli örnekte Q̇ = ṁcp(Tout − Tin) kullanılsın; ısı kaybı ihmal, cp = 2,5 kJ/(kg·K) sabit varsayılsın. 500 kW, 275°C giriş ve 8 kg/s debide ana akış artışı 500/(8 × 2,5) = 25 K, çıkış 300°C olur. Aynı yük ve girişte debi 4 kg/s ise artış 50 K, çıkış 325°C’dir.

İkinci örnek, ısı yükü değişmezse düşük dolaşımın ana akışı da ısıtabileceğini gösterir. Yerel Tb’yi bilinçli olarak 300°C’de tutan önceki karşılaştırmayla aynı sınır koşulu değildir. Birleşik ısıtıcı hesabı, sıcaklığa bağlı gerçek entalpi ve akış dağılımıyla ana akış ısınmasını ve yerel ısı geçişini birlikte çözmelidir. Sabit cp öğretici varsayımdır; Therminol özellik uyarlaması değildir.

Termal bozunma, oksitlenme ve kirlenmeyi ayırın

Aşırı termal maruziyet düşük ve yüksek kaynayan bozunma ürünleri; ağır koşullarda çözünmeyen madde veya kok oluşturabilir. Oksijen farklı kimyasal yol başlatır; bulaşma aynı termal geçmiş olmadan özellikleri değiştirebilir veya tortu yapabilir. Mekanizmalar etkileşebildiğinden renk ya da tek çıkış sıcaklığı kök neden için yeterli değildir.

Eastman’ın kullanım analizi viskozite, asit sayısı, düşük/yüksek kaynayan bileşenler, çözünmeyen katılar ve nemi içerir. Eğilimler numune yeri, yaş, ekleme geçmişi ve üretici sınırlarıyla yorumlanır. Katıları filtrelemek çözünmüş kimyasal bozunmayı tersine çevirmez; sıcak nokta düzeltilmeden sıvı değiştirmek sorunu yeniden üretebilir.

Koruma, ısı girdisini doğrulanmış dolaşımla ilişkilendirmelidir

Sağlam değerlendirme ısı yükünü kanıtlanmış dolaşım ve üreticinin en düşük debi şartıyla bağlar; başlatma, durdurma ve akış kaybını ayrıca inceler. Pompa motoru durumu her ısıtılan kanalda akış kanıtı değildir. Soğuk sıvı viskozitesi, by-pass düzeni, tıkalı süzgeç ve dengesiz dağılım yerel ısı uzaklaştırmasını değiştirir. Ateşleme kesilince depolanmış artık ısı da önemlidir.

Onaylı ısıtıcı sırası ve akışkana özgü işlem prosedürleri izlenmelidir; örnekler durdurma ayarı veya kilitleme değiştirme talimatı değildir. Yararlı mühendislik kaydı sıvıya geçen ısıyı, ilgili alanı, tepe akısını, katsayı varsayımlarını, ana akış/film/metal sıcaklık tanımlarını ve sıvı durum bulgularını içerir. Normal görünen çıkış sıcaklığı ancak böyle en sıcak yüzey maruziyetiyle birlikte yorumlanabilir.