سیالات انتقال حرارت و غوطه وری: مجموعه ای متفاوت از قوانین

هنگامی که از بخاری کارتریجی برای گرم کردن مایعات به جای بلوک ها یا قالب های فلزی جامد استفاده می کنید، کل چشم انداز حرارتی تغییر زیادی می کند. هنگامی که برای گرمایش غوطه‌وری، مانند آب، روغن‌های هیدرولیک، سیالات انتقال حرارت، حمام‌های شیمیایی، یا مایعات درجه{1}غذا استفاده می‌شود، یک بخاری کارتریجی 440 ولتی نسبت به زمانی که برای کاربردهای خشک و رسانا استفاده می‌شود، با مجموعه‌ای کاملاً جدید از مشکلات دست و پنجه نرم می‌کند. مهمترین عامل دیگر تحمل مناسب یا هدایت قالب نیست. این ظرفیت سیال برای انتقال گرما به دور از سطح غلاف از طریق همرفت، هدایت و گاهی اوقات جوش است.

در یک محیط فلزی جامد، انتقال حرارت به راحتی قابل پیش بینی و نسبتاً یکنواخت است. این به این دلیل است که فولاد یا آلومینیوم دارای رسانایی حرارتی بالایی هستند (25-237 W/m·K) و فلزات از نزدیک با یکدیگر تماس دارند. هدایت حرارتی سیال، ظرفیت گرمایی ویژه، ویسکوزیته، چگالی، سرعت جریان و رفتار تغییر فاز، همگی بر سرعت خروج گرما از مایع تأثیر می‌گذارند. آب گرمای ویژه بالایی دارد (4.18 kJ/kg·K)، رسانایی حرارتی خوب (≈0.6 W/m·K) و ویسکوزیته پایینی دارد، که به این معنی است که حتی در مخازن ساکن نیز حرکت زیادی دارد. این بدان معنی است که چگالی وات می تواند نسبتاً بالا باشد. یک بخاری کارتریجی 440 ولت با توان 10 تا 20 وات بر سانتی‌متر مربع (یا 60 تا 130 وات بر سانتی‌متر مربع) می‌تواند با خیال راحت در آبی که در حال حرکت یا هم زدن است کار کند. فقط دمای غلاف را 20 تا 50 درجه بالاتر از دمای سیال حجیم افزایش می دهد.


در مقابل، روغن ها یا سیالات چسبناکی که گرما را انتقال می دهند. روغن‌های معدنی سنگین، روغن‌های حرارتی مصنوعی، یا مخلوط‌های گلیکول رسانایی حرارتی بسیار پایین‌تری (0.1-0.15 W/m·K)، ویسکوزیته بالاتر (10-1000 cP در مقابل{5}} cP برای آب) و همرفت طبیعی ضعیف‌تر دارند. هنگامی که جریان کم یا بدون جریان وجود داشته باشد، لایه ای از مایع گرم شده و چسبناک کمتر در کنار غلاف تشکیل می شود. این لایه از بخاری محافظت می کند که باعث می شود دمای غلاف به سرعت افزایش یابد. اگر چگالی وات خیلی زیاد باشد، سطح می‌تواند از حد دمای فیلم سیال که معمولاً برای بسیاری از روغن‌ها بین 250 تا 350 درجه است، عبور کند. این می تواند باعث ترک خوردگی حرارتی، اکسیداسیون یا پلیمریزاسیون شود. غلاف یک رسوب کربن سخت و سیاه روی آن می گیرد که به آن «کک کردن» می گویند. کک یک عایق حرارتی عالی است (رسانایی<0.1 W/m·K), which means it keeps heat inside the heater, making the internal wires get much hotter than is safe, which speeds up oxidation, insulation breakdown, and eventually burnout.

وقتی صحبت از برنامه های غوطه وری 440 ولت می شود، انتخاب چگالی وات مناسب احتمالاً مهم ترین انتخاب است. برخی از قوانین کلی برای صنعت عبارتند از:
- آب و محلول های آبی: 10-25 W/cm² (60-160 W/in²) تا زمانی که آب به خوبی جریان داشته باشد خوب است. در کاربردهای-جریان یا جوشاندن اجباری، می‌تواند تا 30 تا 40 وات بر سانتی‌متر مربع برسد. - روغن‌های سبک (ویسکوزیته کم، مانند سیال هیدرولیک): 5 تا 10 وات بر سانتی‌متر مربع (30 تا 65 وات در این مربع). - روغن‌های سنگین، سیال‌های انتقال حرارتی کمتر از 2 مایعات غلیظ باقی می‌مانند. W/cm² (13-32 W/in²){19}} مواد شیمیایی که به راحتی تجزیه می‌شوند (از قبیل اسیدها و حلال‌ها) اغلب به 1-3 W/cm² با هم زدن قوی نیاز دارند.

این محدودیت‌ها تصادفی نیستند. آنها از داده های واقعی{0}}و توصیه های سازنده برای بالاترین دمای فیلم می آیند. عبور از آنها، حتی برای مدت کوتاه، شروع به کک شدن می کند، که بدتر می شود: لایه عایق دمای غلاف را افزایش می دهد، که منجر به افزایش کک شدن و خرابی سریع می شود، معمولاً در عرض چند هفته به جای چند سال.

هنگام غوطه وری، انتخاب مواد غلاف مناسب از اهمیت بیشتری برخوردار است. فولاد ضد زنگ 304 یا 316 برای آب، روغن های ملایم و بیشتر مواد شیمیایی مناسب است، اما در شرایط سخت، باید ارتقا دهید. حفره و تنش{4}}ترک خوردگی دو روشی هستند که محلول‌های{5}کلرید بالا، اسیدها یا مواد شیمیایی کلردار می‌توانند به فولاد ضد زنگ آسیب بزنند. آلیاژهای کروم{9}} نیکل 800 یا 825 Incoloy بهترین انتخاب برای حمام های شیمیایی یا روغن با دمای بالا هستند زیرا احتمال زنگ زدگی، اکسید شدن یا کربوری شدن آنها کمتر است. اگر نیاز به محافظت در برابر مواد بسیار خورنده مانند اسیدهای قوی یا نمک های مذاب دارید، ممکن است به طرح هایی با پوشش تیتانیوم، هاستلوی یا فلوروپلیمر نیاز داشته باشید. غلاف تنها چیزی است که از ورود الکتریسیته به سیال جلوگیری می کند. در صورت شکستن، جریان می تواند به سیال وارد شود که می تواند باعث شوک یا الکترولیز شود.

قوانین نصب و عملیات نیز با برنامه های خشک بسیار متفاوت است: - طول گرم شده همیشه باید کاملاً در آب باشد. هنگامی که هر چیزی تا حدی در آب فرو می‌رود، یک ناحیه خشک در رابط هوای مایع ایجاد می‌کند که در آن چگالی وات اساساً بی‌نهایت می‌شود (بدون همرفت). این باعث می‌شود که غلاف بلافاصله ذوب شود یا بشکند. - از پایه‌های فلنجی، شمع‌های پیچی یا بوش‌های رزوه‌دار با واشرهای مناسب استفاده کنید تا مطمئن شوید که نشتی وجود ندارد و پایانه‌های الکتریکی خنک و خشک می‌مانند. - از سنسورهای-برش سطح پایین{{7}استفاده از سنسورهای پایین-استفاده از سنسورهای سطح پایین{{7}در صورت خاموش کردن سنسورها یا خاموش کردن سطح شناور، در صورتی که سطح حرارت را خاموش کنید{8} از هم زدن یا گردش اجباری (پمپ ها، همزن ها) برای شکستن لایه های مرزی و اجازه دادن به تراکم های ایمن بالاتر استفاده کنید. - برای مایعات غلیظ، به فکر قرار دادن ورودی نزدیک به پایین یا کناره برای کمک به جریان های همرفت طبیعی باشید.

برای گرم کردن موفقیت آمیز مایعات، باید بدانید که چگونه به گرما واکنش نشان می دهند. هر سیال حداکثر دمای فیلم و چگالی وات پیشنهادی را منتشر کرده است. اگر این موارد را رعایت نکنید، ممکن است با تجمع کک، آلودگی مایع، ناکارآمدی فرآیند، و خرابی بخاری مواجه شوید{2}}هیترهای کارتریج V در سرویس غوطه‌وری به خوبی کار می‌کنند زیرا از چگالی وات محافظه‌کارانه برای محیط چسبناک یا راکد، آلیاژهای غلاف که از نظر شیمیایی سازگار هستند و غوطه‌ور شدن کامل ثابت استفاده می‌کنند. آنها همچنین حرکت مایع را تشویق می کنند. مقررات مربوط به کاربردهای غوطه وری با موارد مربوط به گرمایش قالب متفاوت است، اما اگر از آنها پیروی کنید، برنامه های غوطه وری می توانند برای سالیان متمادی مانند نصب های خشک قابل اعتماد باشند، بدون اینکه ترس خاموش از کک کردن یک بخاری خوب را به خرابی پرهزینه تبدیل کند.