Một nhà máy hóa chất đã lắp đặt bốn tấm gia nhiệt có lớp phủ trong một bể ngâm 2.000-lít để cung cấp công suất gia nhiệt 16 kW. Các tấm được gắn trên hai bức tường đối diện, mỗi bức tường có hai tấm. Các tấm trên mỗi bức tường được đặt cách nhau 60 mm. Trong vòng sáu tháng, các tấm bên trong-đối diện nhau qua các khe hở có lớp phủ phồng rộp dọc theo các cạnh, trong khi các tấm bên ngoài vẫn ở tình trạng tốt. Khoảng cách giữa các tấm quá hẹp để có đủ dòng chảy.
Khoảng cách giữa các tấm là một thông số thiết kế quan trọng khi nhiều tấm gia nhiệt được lắp đặt trong cùng một bể. Khoảng cách xác định liệu chất lỏng có thể chảy tự do giữa các tấm hay khe hở đó có trở thành vùng ứ đọng nơi nhiệt tích tụ và các tấm quá nóng hay không.
Tại sao khoảng cách bảng điều khiển lại quan trọng
Mỗi tấm gia nhiệt tạo ra một luồng nhiệt bốc lên dọc theo bề mặt của nó. Khi hai tấm được gắn gần nhau, các chùm tia của chúng tương tác với nhau. Nếu khe hở đủ rộng, các luồng khí bốc lên độc lập, hút chất lỏng mát từ bên dưới và duy trì dòng chảy dọc theo cả hai bề mặt. Nếu khe hở quá hẹp, các luồng khí sẽ hợp nhất và dòng chảy giữa các tấm sẽ bị hạn chế.
Trong một khe hẹp, chất lỏng được làm nóng từ cả hai phía. Nó dâng lên nhanh hơn chất lỏng ở bề mặt bên ngoài. Khe hở trở thành một ống khói có luồng gió bốc lên mạnh, nhưng dòng chảy ở các bề mặt tấm có thể không đồng đều. Phần dưới của khe hở có thể thiếu dòng chảy, trong khi phần trên có vận tốc cao. Dòng chảy không đều tạo ra các điểm nóng ở phần dưới của bề mặt đối diện.
| Khoảng cách bảng điều khiển | Dòng chảy giữa các tấm | Hiệu ứng ống khói | Rủi ro điểm nóng | Ứng dụng được đề xuất |
|---|---|---|---|---|
| <30 mm | Nghèo | Mạnh | Rất cao | Không được đề xuất |
| 30–50 mm | Vừa phải | Vừa phải | Cao | Chỉ có mật độ watt thấp |
| 50–80 mm | Tốt | Vừa phải | Thấp | Hầu hết các ứng dụng |
| 80–120 mm | Xuất sắc | Yếu đuối | Rất thấp | Mật độ watt cao |
| >120mm | Xuất sắc | Không có | Rất thấp | Bể lớn |
Khoảng cách giữa các bảng và ảnh hưởng của nó đến dòng chảy và rủi ro điểm nóng
Hiệu ứng ống khói
Khi hai tấm nóng đối diện nhau, khoảng cách giữa chúng đóng vai trò như một ống khói. Chất lỏng trong khe được làm nóng từ cả hai phía, trở nên loãng hơn và dâng lên. Chất lỏng làm mát được hút vào từ phía dưới. Hiệu ứng ống khói có thể có lợi nếu khe hở đủ rộng để cho phép dòng chảy trôi chảy, nhưng nó có thể gây bất lợi nếu khe hở quá hẹp.
Trong khe hẹp, hiệu ứng ống khói mạnh nhưng dòng chảy không đều. Chất lỏng tăng tốc khi nó dâng lên và sự giảm áp suất ở đáy khe hở hạn chế dòng chất lỏng mát đi vào. Phần dưới của khe nhận được ít dòng chảy hơn và các tấm ở đó nóng hơn.
Hướng dẫn khoảng cách cho các cấu hình tấm khác nhau
Khoảng cách được khuyến nghị phụ thuộc vào hướng của tấm, mật độ watt và tính chất chất lỏng.
Đối với các tấm thẳng đứng đối diện nhau, khoảng cách tối thiểu được khuyến nghị là 50 mm cho mật độ công suất thấp (0,8–1,0 W/cm2) và 80 mm cho mật độ công suất cao hơn (1,2–1,5 W/cm2). Khoảng cách phải được đo giữa các bề mặt tấm, không phải giữa các giá đỡ.
Đối với các tấm được gắn trên cùng một bức tường, cạnh nhau, khoảng cách có thể nhỏ hơn do các tấm không đối diện nhau. Khoảng cách 30–40 mm là đủ để ngăn cản sự giao thoa nhiệt giữa các tấm liền kề trên cùng một bức tường.
Đối với các tấm nằm ngang xếp chồng lên nhau theo chiều dọc, khoảng cách phải ít nhất là 100 mm để cho phép luồng nhiệt từ tấm dưới thoát ra ngoài mà không bị tấm trên giữ lại.
| Cấu hình tấm | Khoảng cách được đề xuất | Khoảng cách tối thiểu | Ghi chú |
|---|---|---|---|
| Đứng, đối diện nhau, WD thấp | 50–80 mm | 40mm | Đo giữa các bề mặt |
| Đứng, đối diện nhau, WD cao | 80–120 mm | 60mm | WD cao hơn cần nhiều không gian hơn |
| Dọc, cạnh nhau, cùng một bức tường | 30–50 mm | 25mm | Các tấm không đối diện nhau |
| Nằm ngang, xếp chồng lên nhau | 100–150 mm | 80 mm | Plume phải trốn thoát |
| Dọc, vuông góc | 40–60 mm | 30mm | Plumes tương tác ít hơn |
Hướng dẫn về khoảng cách cho nhiều cấu hình tấm gia nhiệt
Ảnh hưởng của khoảng cách đến tính đồng nhất của nhiệt độ
Khoảng cách giữa các tấm không chỉ ảnh hưởng đến nhiệt độ bề mặt tấm mà còn ảnh hưởng đến độ đồng đều nhiệt độ trong bể. Các tấm được đặt quá gần nhau sẽ tạo ra một vùng nóng cục bộ giữa chúng. Chất lỏng trong vùng đó nóng hơn khối và phôi gia công đi qua vùng đó có thể bị-nóng quá mức.
Các tấm được đặt cách nhau rộng rãi sẽ phân phối nhiệt đều hơn. Các luồng khí từ mỗi tấm dâng lên độc lập và hòa trộn với khối chất lỏng. Nhiệt độ khắp bể đồng đều hơn.
| Khoảng cách | Vùng nóng cục bộ | Tính đồng nhất nhiệt độ lớn | Tác động đến chất lượng phôi |
|---|---|---|---|
| <30 mm | Mạnh | Kém (±3–5 độ ) | Biến thể có thể nhìn thấy |
| 30–50 mm | Vừa phải | Trung bình (±2–3 độ ) | Biến thể nhỏ |
| 50–80 mm | Yếu đuối | Tốt (±1–2 độ ) | không đáng kể |
| >80 mm | Không có | Xuất sắc (±0,5–1 độ ) | Không có |
Khoảng cách giữa các tấm và ảnh hưởng của nó đến độ đồng đều nhiệt độ và chất lượng phôi
Khi khoảng cách không thể tăng lên
Nếu bể không thể bố trí khoảng cách rộng hơn giữa các tấm, các giải pháp là giảm số lượng tấm, giảm mật độ watt hoặc sử dụng cấu hình tấm khác. Một tấm lớn có diện tích bề mặt lớn có thể tốt hơn nhiều tấm đặt gần nhau.
Cấu hình tấm gia nhiệt tùy chỉnh với khoảng cách được tối ưu hóa cho bể và quy trình giải quyết nguyên nhân gốc rễ của việc hạn chế dòng chảy giữa các tấm. Quá trình đặc tả yêu cầu kích thước bể, số lượng tấm, hướng tấm, mật độ watt và công suất yêu cầu. Đối với các cơ sở có nhiều tấm trong một bể, phương pháp tiếp cận-dành riêng cho ứng dụng này sẽ cải thiện dòng chảy giữa các tấm và kéo dài tuổi thọ của tấm.
