Kui suur on 316 roostevabast terasest ribiga torukujulise küttekeha maksimaalne lubatud ümbrise paksus suure -kiirusega õhuvoolu korral (10–25 m/s)?

Põhiline vahetus-sundkonvektsiooniga õhusoojendites

Roostevabast terasest 316 valmistatud ribidega toruküttekehasid kasutatakse sageli kanalikütteseadmetes, õhukäitlusseadmetes ja kuivatusahjudes, kus õhus levivad söövitavad kemikaalid, nagu soolapihustus, lahjendatud happed või niisked tööstuslikud heitgaasid, nõuavad molübdeeni{1}}kandva austeniitse terase korrosioonikindlust. Uimede kasutamine suurendab oluliselt soojusülekande pindala; Sellegipoolest on uimede all olev ümbrise paksus oluline konstruktsiooniparameeter. Suuremad seinad tagavad parema vastupidavuse erosiooni-korrosioonile ja mehaanilisele pingele, mis tuleneb voolu tekitatud vibratsioonist suurel õhuvoolukiirusel (10–25 m/s). Kuid iga täiendav paksusmillimeeter suurendab soojustakistust takistustraadist kuni uimejuureni, vähendades seeläbi üldist soojusvõimsust ja tõstes ümbrise temperatuuri. Selles uuringus arvutatakse ribidega 316 roostevabast terasest küttekehade seinapaksus sundõhuteenuse jaoks, kui soojuspiiranguid ületatakse, mille tulemuseks on ülekuumenemine, suurenenud korrosioon ja ribide kinnituste varane rike.

Mehaaniline terviklikkus ja erosioon{0}}Korrosioon suure kiirusega õhus

316 stainless steel will erode-corrode measurably at air velocities >10 m/sek, mis kannab hõljuvaid osakesi (tolm, soolakristallid või protsessi tahked ained). Passiivkile kulub pidevalt ja selle all olev metall eemaldatakse kiirusega 0,02–0,10 mm aastas, olenevalt osakeste koormusest ja lööginurgast. Küttekeha puhul, mis peab töötama 40 000 tundi (ligikaudu 5 aastat pidevat kasutust), kaotaks 1,2 mm seina 0,1-0,5 mm, võib-olla alla 1,0 mm. Tavaliselt sobib see madala rõhuga õhusüsteemide jaoks. Suurem mehaaniline probleem on aga voolu{17}}indutseeritud vibratsioon. Uimega torudel on õhuvoolule lai projitseeritud ala ja kiirusel 15{26}}25 m/s võib pööristest vabanemine põhjustada vahelduvaid pingeid, mis põhjustavad väsimuspragusid ribi ja ümbrise kinnituskohas või toru fikseeritud otstes. Õhukeseseinalise toru väsimusiga on oluliselt lühem kui paksemal torul, kuna antud läbipainde vahelduv pingeamplituud on pöördvõrdeline seina paksusega. 12 mm välisläbimõõduga ja 500 mm toestamata toru puhul 20 m/s õhuvoolu korral on arvutatud vahelduv paindepinge suurusjärgus 35 MPa 1,2 mm seina puhul ja ainult 18 MPa 2,4 mm seina puhul – see on kaks korda väiksem. Lõõmutatud 316 roostevaba terase vastupidavuspiir on umbes 240 MPa, seega on mõlemad väärtused ohutud. Pingekontsentratsioonid ribi keevisõmblustes või valtsitud liigendites võivad aga suurendada kohalikke pingeid 3–5 korda. Sellistel juhtudel on paksem sein oluline ohutusvaru väsimuspragude tekke vastu. Mehaanilisel terviklikkusega on minimaalne paksus, mitte maksimaalne. Mida paksem, seda parem on väsimus- ja erosioonikindlus.

Soojustakistus ja ülekuumenemise piirang

Ribadega õhusoojendite paksudest seintest tulenev termiline karistus on märkimisväärselt madalama konvektiivse soojusülekandeteguri tõttu halvem kui vedelsummutussoojendite puhul (tavaliselt 50–200 W/m2K versus 500 -5000 W/m2K vedelike puhul). Üldist soojustakistust domineerib õhu{22}}külgne piirkiht, kuigi ümbrise takistus on siiski oluline. Uimelises torus peab soojus juhtima läbi ümbrise radiaalselt uimepõhjani. Mantli paksust suurendatakse 1,2 mm-lt 2,4 mm-le, kahekordistades juhtiva kanali pikkust. 316 roostevaba terase soojusjuhtivus 100 kraadi juures on 16,3 W/m·K. Täiendav soojustakistus mm paksuse kohta on umbes 0,0037 m 2 K/W. Õhu konvektiivtegur kiirusel 15 m/s on 120 W/m 2 K ja õhupoolne takistus 0,0083 m 2 K/W. Seina paksuse suurendamine 1,2 mm võrra tõstab kogutakistust ligi 45%, samal ajal vähendab soojuse tootmist ligikaudu 30% sama kestatemperatuuri juures. Kuid veelgi olulisem on see, et antud elektrisisendi puhul nõuab paksem sein takistustraadi temperatuuri tõstmist. Magneesiumoksiidi isolatsiooni (sisemine dielektrik) traadi maksimaalne temperatuur on tavaliselt 800–850 kraadi. Traadi kasutamine sellest piirist kõrgemal põhjustab isolatsiooni halvenemist ja kütteseadme enneaegset riket. Seega on ümbrise maksimaalne paksus, millest kõrgemal ei ole traadi sisetemperatuur nõutava võimsustiheduse juures jätkusuutlik. Tüüpilise ribidega 316 roostevabast terasest küttekeha puhul, mille vattihedus (ribade pindala põhjal) on 3–5 W/cm2 20 m/s õhus 50-kraadise sisselaskeava juures, on maksimaalne lubatud ümbrise paksus umbes 2,0–2,2 mm, nii et traati saab hoida alla 800 kraadi. Üle selle summa tuleb kütteseadet vähendada, mis tähendab pikemat või suuremat küttepanka, et saada sama õhutemperatuuri tõus.

Suure-kiirusega õhuvoolu - stsenaarium-põhine valikujuhend

Allolev tabel annab soovituslikud ääristatud 316 roostevabast terasest torukujuliste küttekehade ümbrise paksuse soovitused sundõhuga töötamisel õhu kiiruse, osakeste koormuse ja nõutava võimsustiheduse põhjal.

Töötingimused ja võimsustihedus Mehaaniline ja termiline kompromiss Seina maksimaalse lubatud paksuse osas
Puhas õhk (osakesteta) 10-15 m/s 4 W/cm2 Vahelduv töö 1,5 mm Erosioon ebaoluline. Väsimusstress on madal. Õhuke sein võimaldab maksimaalset soojusülekannet ja hoiab traadi temperatuuri tublisti alla 800 o C . Standardne toru paksus koos ribidega.
Soolapihustus või niiske happeline õhk, 15-20 m/s, 3,5 W/cm², pidev töö 1,8-2,0 mm Korrosiooni-erosiooni kiirus 0,03-0,05 mm/aastas. 2.0 mm 40 000 tundi erosioonivaru 1,2-2,0 kraadi traadi järelejäänud temperatuur 8 07 mm 0-7 Kontrollige termilise simulatsiooniga.
Osakestega (tolm, kiud) laetud õhk, 20-25 m/s, 3 W/cm2, kõrge vibratsioonioht 2,2 mm Erosioonikiirus kuni 0,10 mm/aastas . 50 % vs. 1.2 mm seinapaksus minimeerib vahelduvat väsimuspinget. Traadi temperatuuri tagamiseks tuleb piirata vattide tihedust<800 C. Expect 25-35 % decreased heat output per tube.
Very high velocity (>25 m/sek) või pidev osakeste kokkupõrge.Ei soovitata uimede disainile. Uimed on osakeste püüdjad, lagunevad kiiresti. Vaheta paksema seinaga (2,5–3,0 mm) või keraamilise kaitsega paljaste torukujuliste küttekehade vastu. Ebapiisav uimede geomeetria.
Puhas õhk, väike kiirus (5-10 m/s), igasugune võimsustihedus 1,2-1,5 mm Ei erosiooni, väsimusprobleem. Õhem sein annab kiirema reaktsiooni. Üle 1,5 mm paksused on materjali raiskamine ja madalam tõhusus ilma igasuguse suurenemiseta.
Seina paksusele täiendavad täiendavad disainifaktorid

Kiire õhukütte puhul on seina paksus väga tugev koosmõju ribide konstruktsiooni, kinnitusviisi ja süsteemi paigutusega. Esiteks, ribide kinnitus – kõvajoodisega või{1}}kõrgsagedusega keevitatud ribid tagavad suurema soojusülekande kui mehaaniliselt laiendatud ribid ja kesta saab muuta mõnevõrra paksemaks, ületamata traadi temperatuuripiiranguid. Teiseks vähendab uimede tihedus -, mis vähendab uimede sammu (väiksem uimede arv meetri kohta), kuid vähendab ka rõhulangust ja vibratsiooni ergastamist. Väiksem uimede tihedus võimaldab antud traadi temperatuuril paksemat kesta. Kolmandaks vähendab sisselaskeõhu filtreerimine - enam kui 10 µm suuruste osakeste eemaldamine erosioonikiirust 70-90%, võimaldades kasutada õhemaid ja termiliselt tõhusamaid seinu. Neljandaks, torude tugivahe - Toetuseta vahemiku vähendamine 600 mm-lt 300 mm-le vähendab voolu tekitatud vibratsiooni amplituudi kaheksa korda, kompenseerides paksude seinte väsimuse eelise. Lõpuks suurendab materjali kõvadus -, mis määrab külmtõmmatud roostevaba terase 316 (suurem voolavuspiir kui lõõmutatud), suurendab erosioonikindlust ilma paksust suurendamata.

Järeldus: lennuteenuse maksimaalse lubatud paksuse määramine

Suure kiirusega õhuvoolu ribidega 316 roostevabast terasest torukujuliste küttekehade ümbrise paksuse valik on kompromiss kahe vastandliku piirangu vahel. Mehaaniline vastupidavus nõuab paksemat seina, et taluda erosiooni ja väsimust, samas kui termilised piirangud kehtestavad maksimaalse paksuse, millest kaugemale ulatuv traadi sisetemperatuur on ohtlik. Enamiku tööstuslike sundõhurakenduste teostatav maksimum kiirusel 15–20 m/s kerge tahkete osakeste koormuse korral on 1,8–2,0 mm. See tagab piisava erosioonitaluvuse ja väsimuspuhvri, hoides samal ajal traadi temperatuuri magneesiumoksiidi isolatsiooni 800 kraadi piires. Üldiselt ei sobi ribidega küttekehad õhukiirustele üle 25 m/s või tõsiste osakeste koormustingimuste jaoks, olenemata seina paksusest ning projekteerija peaks kasutama paljaid torukujulisi kaitsekattega või muude materjalidega küttekehasid. Täpsustamisel märkige alati õhu kiirus, prognoositav osakeste kontsentratsioon, ribi tihedus ja maksimaalne lubatud traadi temperatuur. See muudab seina paksuse põhispetsifikatsiooni täielikuks suure kiirusega õhuga ühilduvuse hindamiseks, mis on otseselt seotud mõõtmete valikuga nii mehaanilise töökindluse kui ka termilise ohutusega.