Koks yra PFA (perfluoralkoksi) apvalkalo šildytuvas, naudojamas palaikyti 160 laipsnių 70% sieros rūgšties tirpale esant 2 barų slėgiui, koks yra didžiausias leistinas sienelės storis, kad būtų išvengta polimero terminio skilimo varžos vielos sąsajoje?
Palik žinutę
PFA (perfluoralkoksi) apvalkalo šildytuvai 70% sieros rūgštyje, esant 160 laipsnių ir 2 barų slėgiui, turi būti sukonfigūruoti taip, kad varžos laido sąsajos temperatūra būtų lygi arba žemesnė nei nuolatinė polimero eksploatavimo temperatūra 260 laipsnių. PFA sienelės temperatūros kritimas apskaičiuojamas pagal ΔT=(q × t) / k, kur q yra šilumos srautas (W/m²), t yra sienelės storis (m), o k yra PFA šilumos laidumas (0,25 W/m·K). Esant tipiniam 8 W/cm2 (80 000 W/m2) galios tankiui ir 160 laipsnių tūrinei rūgšties temperatūrai, didžiausias leistinas sienelės storis, kad vielos temperatūra būtų žemesnė nei 260 laipsnių, yra 0,31 mm. Dėl storesnių sienų vielos kontaktas būtų didesnis nei 260 laipsnių, o polimeras suminkštėtų ir pablogėtų.
PFA apvalkalo terminio skilimo mechanizmas
Atsparios vielos sukurta šiluma turi būti perduota per PFA sienelę į rūgštį. Temperatūra laido sąsajoje T_wire=T_acid + ΔT. PFA pradeda minkštėti apie 260 laipsnių ir suyra virš 300 laipsnių. Norint pasiekti ilgalaikį -patikimumą, laido sąsajos temperatūra neturi viršyti 260 laipsnių. Šilumos srautas q gaunamas iš galios tankio (W/cm2), kuris priklauso nuo šildytuvo galios ir paviršiaus ploto.
Sienelės storis ir kiekybinė vielos temperatūra
70 % H2SO4 esant 160 C (8 W/cm2=80,000 W/m2):
Sienelės storis (mm) ΔT skersai PFA (laipsnis ) Vielos temperatūra (laipsnis ) PFA būklė 0.15 48 208 Saugus 0.20 64 224 Saugus 0.25 80 240 Saugus 0.31 100 260 Didžiausias leistinas 0.35 112 272 Degradacija prasideda 0.40 128 288 Minkštėjimas 0.50 160 320Didžiulis pablogėjimas
Didžiausias leistinas sienelės storis esant skirtingiems galios tankiams
Šioje lentelėje parodytas didžiausias leistinas PFA apvalkalo šildytuvo sienelės storis 70 % H 2 SO 4 esant 160 laipsnių kampui, palyginti su galios tankiu.
Galios tankis (W/cm²) ΔT vienam mm storiui (laipsnis /mm) Maksimalus T vielos sienelės storis<260°C (mm) 5 20 0.50
6 24 0.42 7 28 0.36 8 32 0.31 9 36 0.28 10 40 0.25 12 48 0.21
Inžineriniai svarstymai
Sienelės storis turi būti pakankamas, kad atlaikytų 2 barų vidinį slėgį (jei šildytuvas vamzdinis) ir apkrovas. Jei temperatūra viršija 1 barą, rekomenduojama mažiausiai 0,3 mm siena, neatsižvelgiant į šiluminius skaičiavimus. Šiuo atveju (2 barai) 0,3–0,35 mm sienelės storis yra šilumos ir mechaninių reikalavimų pusiausvyra. Jei sienos storesnės, tuomet teks sumažinti galios tankį arba įdėti šilumos skirstytuvą.
Alternatyvūs pasirinkimai
Jei sienelės storis, reikalingas mechaniniam vientisumui, viršija šiluminę ribą, dizainą galima koreguoti taip:
Mažėjantis galios tankis (ilgesnio arba didesnio skersmens šildytuvas)
Naudokite šilumai laidžiesnę medžiagą (PEEK k=0.32 W/mK, šiek tiek geriau)
Metalinio šilumos skirstytuvo įdėjimas į PFA apvalkalą
Naudokite aukštesnės temperatūros polimerą (šioje cheminėje aplinkoje nėra aukštesnės nei 260 laipsnių temperatūros)
Išsami informacija
Pavyzdžiui, PFA apvalkalo šildytuvui 70 % sieros rūgštyje esant 160 laipsnių temperatūrai, 2 barų slėgiui ir 8 W/cm2 galios tankiui, nurodykite maksimalų 0,31 mm sienelės storį, kad laido kontaktas būtų žemesnis nei 260 laipsnių. Jei reikalingas mechaninis patikimumas, užtepkite armavimo sluoksnį arba sumažinkite galios tankį iki 6 W/cm², o siena gali būti 0,42 mm. Inžinierius kontroliuoja sienos storį ir galios tankį, kad būtų išvengta terminio PFA degradacijos sąsajoje su varžos laidu.
