Đối với bể vuông có kích thước 3 m × 3 m, dãy nhiều{2} bộ sưởi đạt được sự phân bổ nhiệt độ đồng đều khi khoảng cách giữa các bộ sưởi tuân theo quy tắc hình học: khoảng cách giữa các tâm bộ sưởi (S) phải gấp 1,5–2,0 lần chiều dài được làm nóng của mỗi bộ sưởi (L). Đối với các thiết bị sưởi thẳng đứng có chiều dài 1,5 m, khoảng cách S=2.25–3,0 m – nghĩa là chỉ cần 2–3 thiết bị sưởi để phủ sóng toàn bộ. Tuy nhiên, các góc và tường bể tạo ra vùng lạnh. Bố trí tối ưu cho bể 3×3 m là 4 lò sưởi được bố trí theo hình vuông (một ở mỗi góc phần tư), mỗi lò được đặt ở vị trí S/2 tính từ các bức tường. Đối với chiều dài gia nhiệt 1,5 m, S=1.8–2,2 m. Đặt máy sưởi ở tọa độ (0,9, 0,9), (0,9, 2.1), (2.1, 0.9), (2.1, 2.1) từ một góc. Sự sắp xếp này hạn chế sự thay đổi nhiệt độ ở mức ±1–2 độ. Việc tính toán sử dụng số Fourier không thứ nguyên và sự chồng chất của các luồng nhiệt.
Lý thuyết khoảng cách lò sưởi
Mỗi lò sưởi thẳng đứng tạo ra một luồng nhiệt bốc lên và lan tỏa theo chiều dọc. Bán kính chùm tia ở độ cao nhất định tuân theo r(z)=0.2 × z, trong đó z là khoảng cách từ đáy lò sưởi. Đối với lò sưởi 1,5 m, chùm tia chạm tới bề mặt chất lỏng (z=1.5 m) với bán kính ≈ 0,3 m. Để tránh vùng lạnh, các luồng khí phải chồng lên nhau. Quy tắc: S Nhỏ hơn hoặc bằng 2 × r_surface=0.6 m sẽ yêu cầu khoảng cách rất gần. Nhưng điều này được đánh giá thấp vì các luồng khí cũng trộn lẫn và sự đối lưu tự nhiên phân phối nhiệt. Trong thực tế, S=1.5–2.0 × L hoạt động được. Đối với L=1.5 m, S=2.25–3,0 m. Một bể 3×3 m có thể được bao phủ bởi 4 lò sưởi ở S=2.1 m – nằm trong phạm vi.
Công thức giãn cách bắt nguồn từ các nghiên cứu CFD: S_opt=0.33 × (L × D_tank)^0,5 × (ΔT)^0,25, trong đó D_tank là đường kính bể (đối với hình vuông, sử dụng đường kính tương đương=1.13 × cạnh). Đối với 3 m vuông, tương đương D=3.39 m, L=1.5 m, ΔT=10 độ . S_opt=0.33 × (1,5 × 3,39)^0,5 × (10)^0.25=0.33 × (5,09)^0,5 × 1.78=0.33 × 2,26 × 1.78=1.33 m – nhỏ hơn nhiều. Điều này gợi ý 8-9 máy sưởi. Tuy nhiên, đây là nguồn nhiệt duy nhất không có phản xạ từ tường. Mảng 4 lò sưởi hoạt động vì các bức tường phản chiếu các luồng khí. Quy tắc thực tế đơn giản hóa: đặt bộ sưởi ở vị trí 1/4 và 3/4 dọc theo mỗi trục.
Mảng tối ưu cho bể 3×3 m (Chiều dài bộ gia nhiệt 1,2–1,8 m)
| Số lượng máy sưởi | Khoảng cách (S, m) | Khoảng cách từ tường (S/2, m) | Tọa độ (x,y) từ góc (m) | Biến đổi nhiệt độ tối đa (độ) | Tổng công suất (kW) cho 80 độ |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 (giữa) | N/A | 1.5 | (1.5, 1.5) | ±4–6 độ | 6 |
| 2 (đường song song) | 1.5 | 0.75 | (0,75,1,5) và (2,25,1,5) | ±3–4 độ | 8 (2×4) |
| 4 (vuông) | 2.0 | 1.0 | (1.0,1.0), (1.0,2.0), (2.0,1.0), (2.0,2.0) | ±1,5–2 độ | 12 (4×3) |
| 4 (kim cương) | 2.1 | 1.05 | (1.5,0.45), (1.5,2.55), (0.45,1.5), (2.55,1.5) | ±1,5–2 độ | 12 |
| 6 (lưới 2×3) | 1.5 | 0.75 | Điểm lưới ở 0,75, 1,5, 2,25 | ±1–1,5 độ | 18 (6×3) |
| 9 (lưới 3×3) | 1.0 | 0.5 | 0,5, 1,5, 2,5 mỗi trục | ± 0,5–1 độ | 27 (9×3) |
Hướng dẫn quyết định thực tế
| Độ đồng đều nhiệt độ cần thiết | Số lượng máy sưởi được đề xuất | Khoảng cách | Tổng công suất | Ước tính chi phí |
|---|---|---|---|---|
| ±5 độ (mạ, rửa) | 1–2 | Giữa hoặc cách nhau 2 m | 6–8 kW | Thấp |
| ±3 độ (hóa học thông thường) | 2–4 | Mảng 4 ô vuông | 12 kW | Vừa phải |
| ±2 độ (hóa học chính xác) | 4–6 | Lưới 2×3 | 18 kW | Cao |
| ±1 độ (dược phẩm, chất bán dẫn) | 9 | Lưới 3 × 3 hoặc tùy chỉnh | 27–36 kW | Rất cao |
Ví dụ trường
Một bể mạ điện 3×3 m (điểm đặt 80 độ, chấp nhận được ±5 độ) sử dụng một bộ gia nhiệt 6 kW duy nhất ở trung tâm. Các góc mát hơn 6 độ. Nhà máy đã bổ sung thêm ba máy sưởi 3 kW (tổng công suất 15 kW) xếp thành dãy 4{16}}hình vuông (vị trí 1,0 m và 2,0 m). Sự thay đổi nhiệt độ giảm xuống ± 2 độ. Nguồn điện bổ sung cho phép làm nóng nhanh hơn. Nhà máy hài lòng và không cần kiểm soát chặt chẽ hơn.
Kết luận: Mảng vuông 4 nhiệt (S=2.0 m, Khoảng cách tường=1.0 m) cho bể 3×3 m
Đối với bể 3 m × 3 m, dàn nhiều thiết bị sưởi-tối ưu để phân bổ nhiệt độ đồng đều với chi phí hợp lý là 4 thiết bị sưởi được bố trí theo hình vuông: mỗi thiết bị sưởi đặt cách hai bức tường gần nhất 1,0 m (tọa độ 1,0,1,0, v.v.), khoảng cách giữa các tâm là 2,0 m. Điều này mang lại sự thay đổi nhiệt độ trong khoảng ±1,5–2,0 độ. Để kiểm soát chặt chẽ hơn (±1 độ), hãy sử dụng 9 bộ gia nhiệt trong lưới 3×3. Đối với các ứng dụng nhạy cảm về chi phí, 2 bộ sưởi có thể là đủ nhưng các góc sẽ mát hơn. Sử dụng quy tắc đơn giản: số lượng bộ sưởi=(diện tích bể / 4) cho ±2 độ , (diện tích bể / 2) cho ±1 độ . Trong bể 3 × 3 (9 mét vuông), tức là có 2–4 lò sưởi cho ±2 độ, 4–6 cho ±1 độ. Đặt chúng một cách đối xứng. Nhiệt độ đồng đều đòi hỏi khoảng cách đồng đều. Đặt chúng đúng khoảng cách, làm nóng đều, xử lý tốt. Bể có hình vuông; mảng phải là lò sưởi hình vuông{40}}, cách tường 1 mét. Đó là điều tối ưu.
