Miks vähendab PFA mittenakkuv{0}}omadus mõnikord kõrge viskoossusega kandjaga töötades kuumutamise efektiivsust?

Sukelküttekehade kavandamisel kõrge viskoossusega vedelikele, nagu sulaliimid, kontsentreeritud polümeerilahused, bituumen või epoksüvaigud, määravad insenerid tavaliselt PFA (perfluoroalkoksüalkaan) kestad nende peaaegu universaalse keemilise vastupidavuse ja suurepärase -nakkumatu pinna tõttu. Sile, vähese hõõrdumisega fluoropolümeerkate peaks eeldatavasti eemaldama küpsenud-ladestused, lühendab puhastamise seisakuid ja hoiab küttepinna alati puhtana. Pidevate polümeeride töötlemisliinide ja liimimahutite väliandmed näitavad aga üllatavat nähtust: väga mittenakkuv omadus, mis muudab PFA soovitavaks, võib teatud viskoosse voolu tingimustes märkimisväärselt vähendada soojusülekandevõimet. Selleks luuakse stabiilne soojusisolatsiooniga piirdekiht, mis kleepub nõrgalt küttekeha külge, kuid mida hoiab selle vastu lahtise vedeliku kõrge viskoossus. Selle mõju mõistmiseks peame vaatama vedeliku dünaamikat soojendi{8}}vedeliku liideses, mitte ainult materjali parameetreid.

Madala-adhesiooniga pinna viskoosse alamkihi nähtus
Igas sunnitud või loomuliku konvektsiooniga kuumutamise olukorras on tahke seina lähedal oleval vedelikukihil väiksem kiirus kui koguvoolul. Madala viskoossusega vedelike, nagu vesi või lahjendatud happed, puhul on see piirkiht tavaliselt alla 0,5 mm paksune ja selle isoleeriv toime on üldise soojusülekandeteguriga võrreldes väike. Kõrge -viskoossusega kandjad (siin määratletud kui dünaamiline viskoossus > 500 cP töötemperatuuril) toimivad põhimõtteliselt erinevalt. Impulsi hajuvus on nii madal, et viskoosne alamkiht võib asuda küttekeha pinnast 3–8 mm kaugusel, eriti vaikses mahutis ilma mehaanilise segamiseta.

See kiht liigub aeglaselt keskmise pinnakaredusega (Ra 0,8-1,6 µm) standardsel metallsoojendil. Soojusvahetus toimub kihi enda sees loomuliku konvektsiooni teel, moodustades kuuma seinaga kokkupuutuva vedeliku värskendamiseks mikroskoopilisi segupööriseid. Seevastu PFA pinnal on väga madal pinnaenergia (normaalväärtus 18–20 mN/m) ja see on väga sile (Ra sageli<0.2 µm) and this prevents any inclination of the adjacent layer to detach or roll over. The high-viscosity fluid just glides over the fluoropolymer surface without producing disruptive flow patterns. As a result, the thermal boundary layer is much thicker and more stagnant than that on a surface with intermediate roughness or higher adhesion. Infrared thermography quantitative measurements of the steady‑state boundary layer thickness on PFA were 2.3 times that of a stainless steel 316 sheath for the same power input and tank geometry in a bath of 10,000 cP silicone oil at 150 °C.

Soojusülekande trahvi kvantifitseerimine: teooriast mõõdetud andmeteni.
Küttetõhususe vähenemine on Fourier' seaduse otsene tulemus viskoosse alamkihi suhtes. Soojusvoogu q väljendatakse kui q=h (Tsurface − Tbulk), kus h on konvektiivne soojusülekandetegur. Kõrge Pr-arvuga vedelike puhul (Pr > 100, tavaline viskoosse keskkonna puhul) mõjutab Nusselti arvu korrelatsioon Nu=h·L/k oluliselt seina "märguvust" või adhesiooniomadust, mida PFA sihilikult minimeerib. Katseandmed kontrollitud laboratoorsest katsest, milles kasutati 50 000 cP polübuteenvedelikku 180 kraadi juures ja mis viidi läbi identsete küttekehade geomeetriatega, välja arvatud ümbrise materjal, näitasid, et PFA-ümbrisega küttekeha saavutas maksimaalse pinnatemperatuuri 220 kraadi, enne kui saavutas soojusvoo ainult 1,8 a/cm2. 1,2 µm) saavutas 2,9 W/cm^2 sama pinnatemperatuuri piiri all. Teisisõnu, PFA mittenakkuv olemus alandas selle konkreetse kõrge viskoossusega vedeliku kasulikku võimsustihedust umbes 38%. See on palju ilmsem, kui vedelik sisaldab hõljuvaid osakesi või kiude, mis karedal pinnal toimivad mikrosegistitena, kuid PFA puhul lihtsalt libisevad mööda ilma piirkihti häirimata.

Miks "puhas pind" muutub takistuseks, kui ta ei liigu?
Sama mittenakkuv funktsioon, mis takistab{0}}ladestustel küpsemist, välistab ka stabiilse, kleepuva termilise piirkihi tekkimise, mida voolukõikumised võivad perioodiliselt purustada. Mehaanilise segamise või retsirkulatsiooniga paagis on see kulu väiksem, kuna massikiirus pühib kuuma piirkihi pidevalt minema. Paljudes suure viskoossusega protsessides kasutatakse aga teadlikult mõõdukat või vahelduvat segamist, et vältida vedeliku aeratsiooni või nihketundlike polümeeride lagunemist. Sellistel juhtudel võib praktiliselt liikumatu kuuma kõrge viskoossusega vedeliku kest ümbritseda PFA kesta ja toimida termilise tekina. Infrapunafotod PFA-soojendist 100 000 cP bituumenis 160 kraadi juures kahe tunni jooksul näitasid stabiilset ringikujulist umbes 5 mm paksust vedeliku piirkonda, mille temperatuur oli umbes 8–12 kraadi madalam kui ümbrise pind, samas kui kogutemperatuur jäi palju maha. Sama geomeetriaga, kuid veidi kõrgema pinnaenergiaga metallist küttekeha tekitas nähtavaid konvektiivseid ploomi, mis eraldusid korrapäraselt pinnast, mille tulemuseks oli 40% kiirem soojenemisaeg.

Võrdlev valikujuhend: millal kleepumatu{0}}PFA on (või ei ole) parim viskoosseks kuumutamiseks
Otsuste raamistik, mis põhineb peamisel voolurežiimil, viskoossusvahemikul ning puhastusmugavuse ja termilise efektiivsuse vahelisel vastuvõetaval kompromissil-, on esitatud allolevas tabelis. Enne ümbrise materjali lõplikku otsustamist peaksid insenerid kontrollima oma individuaalse vedeliku Prandtli numbrit ja eeldatavat piirkihi paksust lihtsa laboratoorse keeduklaasi testi abil.

Protsessi tingimused ja viskoossuse vahemik Soovitatav ümbrise materjal ja pind, küttetõhususe põhjendus
Kõrge viskoossusega (1000{5}}100 000 cP) seisva paagiga, ilma segamiseta pikad hoidmisajad Karestatud metall (nt roostevaba teras, Incoloy) või kohandatud mikro{6}}tekstuuriga PFAMetallipind põhjustab mikro-konvektiivse häire viskoosses alamkihis ja suurendab3 viskoosse alamkihi soojusvoogu 0 % võrra. Aktsepteerige perioodilist puhastamist, kui see on valmistatud hoiustel. *
Kõrge viskoossus, pidev retsirkulatsioon (Re > 2300 küttekontuuris) Standardne sujuv PFA Massivool pühib piirkihi pidevalt. Mittekleepuv eelis takistab sissemaksete kogumist-. Väike (<10%) heating efficiency penalty compared to metal.
Keskmine viskoossus (100{1}}1000 cP), õrn loksutamine või aeg-ajalt segamine PFA reljeefse pinnaga või spiraalsete soontega Konstrueeritud tekstuur lõhub piirkihi, võimaldades samas enamiku vedelike mittenakkuvat väljavoolu. Parim kompromiss soojusülekande ja puhtuse osas.

Polümeersulam (nihketundlik) (nt PVC plastisool, PU-eelpolümeer) Hoida mittekleepuv, vältida lagundavaid tooteid. Ülemõõduline kütteseade 30-40% soojusülekande trahvi kompenseerimiseks