Xrom kislotali anodizatsiyalovchi vannada ishlaydigan titaniumli suv isitgichi uchun (50 g/L CrO₃, 55 daraja), 20 kVt/m² issiqlik o'tkazuvchanligini saqlash uchun ruxsat etilgan maksimal devor qalinligi qancha?

Xrom kislotasini anodlash uchun titan isitgichlarini loyihalashda-asosiy savdolar
Xrom kislota anodizatsiyasi alyuminiy aerokosmik komponentlarda himoya oksidi qoplamalarini ishlab chiqarish uchun ishlatiladigan elektrokimyoviy usuldir. Hammom odatda 50 g / L xrom trioksidini (CrO₃) 55 daraja haroratda o'z ichiga oladi va anodizatsiya davrida haroratni saqlab turish uchun titaniumli suv isitgichi ishlatiladi. Xrom kislota kuchli oksidlovchi bo'lib, titanni osongina passivlashtiradi, bu esa yaxshi korroziyaga chidamliligini ta'minlaydi. Hammom harorat o'zgarishiga sezgir bo'lib, jarayon sharoitlarini saqlab turish uchun isitgich taxminan 20 kVt/m2 (2,0 Vt/sm2) issiqlik oqimini ta'minlashi kerak. Asosiy dizayn cheklovi korroziya emas, balki issiqlik uzatish samaradorligi. Xrom kislotasi suvga nisbatan ancha past o'tkazuvchanlikka va ancha yuqori yopishqoqlikka ega bo'lib, isitgich yuzasida qalin chegara qatlamini hosil qiladi. Titan qoplama devorining qalinligi ushbu chegara qatlamiga bir qator elektr qarshilik ko'rsatadi. Devor qalinligining oshishi umumiy issiqlik uzatish koeffitsientini pasaytiradi va isitish elementining yuqori haroratini (elektr samaradorligini va MgO izolyatsiyasining ishlash muddatini qisqartirish) yoki ko'proq isitgich sirtini (narx va tank hajmini oshirish) talab qiladi. Ushbu tahlilda maksimal ruxsat etilgan Ti devor qalinligi 20 kVt / m2 issiqlik oqimini MgO izolyatsiyalangan isitgichlar uchun zarur bo'lgan ichki sim harorati 400C dan oshmasdan va qobiq yuzasida mahalliy qaynash yoki xrom kislotasining parchalanishini keltirib chiqarmasdan ushlab turish uchun aniqlanadi.

Mexanik yaxlitlikka ta'siri: xrom kislotasi korroziyasini hisobga olish
Titan 2-darajasi barcha konsentratsiyalarda va haroratlarda xrom kislotasiga qarshilik ko'rsatadi. Cr (VI) ning oksidlanish kuchi barqaror, qalin passiv qoplamani (xrom turlari bilan boyitilgan TiO2) korroziya tezligi < 0,005 mm/yilga olib keladi. Mahalliy xuruj xrom kislotasi tomonidan qo'zg'atilmaydi, chunki u xlorid o'z ichiga olgan vannalar bilan bog'liq bo'lgan chuqurchalar tashvishga solsa. Mexanik yaxlitlik uchun devorning minimal qalinligi (ishlash, bosim va o'rnatish kuchlanishlari) diametri 25 mm gacha bo'lgan quvurlar uchun 0,8 mm. Devorlarni qalinroq qilish korroziyaga yordam bermaydi, chunki passiv qatlam allaqachon barqaror va bir hil. Demak, qalinroq devordan foydalanish faqat mexanik kuch (masalan, alyuminiy ish qismlarining tasodifiy ta'siriga qarshilik) va termal ishlash o'rtasidagi kelishuvdir. Xrom kislotali anodlash vannalarida, agar tankga kirish nazorat qilinsa va ishlov beriladigan qismlarga ehtiyotkorlik bilan ishlov berilsa, mexanik nuqtai nazardan, katta devorlar uchun korpus yaxshi bajarilmagan. Isitgichlar tokchalar yoki qismlarga urilib ketishi mumkin bo'lgan yuqori o'tkazuvchanlik liniyalari uchun o'rtacha devor qalinligi (1,2-1,5 mm) qattiq termal jazosiz zarba qarshiligini ta'minlaydi.

Issiqlik ishlash o'tkazuvchanlik qarshiligi va issiqlik oqimi chegarasiga ta'siri
Quvvat zichligi 20 kVt/m^2 (2,0 Vt/sm^2) bo'lgan titaniumli suv isitgichi uchun 55 darajali xrom kislotali hammom uchun ichki qarshilik simidan quyma vannagacha bo'lgan umumiy harorat farqi to'rtta qarshilik yig'indisiga teng: (1) ichki simga{6}}{7}}MgO o'tkazuvchanlik interfeysi (O2) orqali (O3) o'tkazuvchanlik interfeysi, (g) titaniumli devor va (4) xrom kislotasiga konvektiv. MgO izolyatsiyasi uzoq umr ko'rish uchun sim haroratini 400 darajaga cheklaydi. Titan devori bo'ylab elektr qarshilik DT_Ti=q × t / k_Ti, k_Ti ≈ 17 Vt/m·K bilan 55 daraja. 1,0 mm devor uchun DT_Ti=(20 000 Vt/m² × 0,001 m) / 17 Vt/m·K=1.18 daraja . 2,0 mm qalinlikdagi devor uchun DT_Ti=2.35 daraja. Xrom kislotali hammomga konvektiv qarshilik sezilarli darajada kattaroq, DT_conv=q/s, bu erda h - konvektiv issiqlik uzatish koeffitsienti. O'rtacha qo'zg'alish (0,3 dan 0,5 m / s gacha bo'lgan isitish moslamasidan o'tgan) odatdagi anodizatsiya vannasi uchun h ≈ 400 dan 600 Vt / m2K gacha. Soat uchun=500 Vt/m2K, DTkonv=20,000 / 500=40 daraja . Titanning tashqi yuzasidan umumiy hammomgacha bo'lgan umumiy haroratning pasayishi 40 daraja, ammo titaniumli devor orqali tushish faqat 1,2-2,4 daraja. Shuning uchun titanium devorining issiqlik qarshiligi umumiy issiqlik qarshiligining taxminan 3-6% ni tashkil qiladi. Hukmron mexanizmlar konvektiv chegara qatlami va MgO izolatsiyasidir. Devor qalinligini 1,0 mm dan 2,0 mm gacha oshirish simning kerakli haroratini atigi 1,2 darajaga oshiradi - bu ahamiyatsiz o'zgarish. Biroq, bu tahlil tashqi sirt harorati xrom kislotasi hammomining qaynash nuqtasidan past bo'lishini taxmin qiladi (bu kompozitsiya uchun atmosfera bosimida taxminan 105 daraja). H=500 uchun sirt harorati T_surface=T_bulk + DT_conv=55 daraja + 40 daraja=95 daraja. Bu qaynash nuqtasidan ancha past, shuning uchun bug 'qoplanishi sodir bo'lmaydi. T_surface 96,2 gradusgacha ko'tariladi, hatto 2,0 mm devorda xavfsiz bo'lsa ham. Shunday qilib, sof issiqlik uzatish nuqtai nazaridan devor qalinligi 20 kVt / m² ishlashga ta'sir qilmaydi.

Sintezdan-safar: ruxsat etilgan maksimal devor qalinligi
Quyidagi matritsa tashqi sirt haroratini 100 darajadan past ushlab turish uchun (lokal qaynab ketish va xrom kislotasining parchalanishiga yo'l qo'ymaslik uchun) va ichki simlarni M40 dan past haroratda himoya qilish uchun 20 kVt / m2 issiqlik oqimida xrom kislotasi anodlash vannasi (50 g / L CrO3, 55 daraja) uchun titan devorining maksimal ruxsat etilgan qalinligini beradi.

Devor qalinligi (mm) Ajitasyon darajasi (h, Vt/m2K) Tashqi sirt harorati (C) Ichki sim harorati (C) Ruxsat etilgan maksimal? Cheklovchi omil
0,8 mm Yomon (h=300) 55 + 66.7=121.7 daraja 121.7 + (0,8*20/17)=122.6 daraja Sirt qaynashi yo‘q (100 darajadan yuqori)
0,8 mm Oʻrtacha (h=500) 55 + 40=95 daraja 95 + 0.94=95.9 daraja Ha Yoʻq – chegaralar ichida yaxshi
0,8 mm Yaxshi (h=800) 55 + 25=80 daraja 80 + 0.94=80.9 daraja Ha Zo‘r chegara
1,5 mm O‘rtacha (h=500) 95 daraja 95 + (1,5×20/17)=96.8 daraja Ha qabul qilinadi
2,0 mm O‘rtacha (h=500) 95 daraja 95 + (2,0×20/17)=97.4 daraja Ha qabul qilinadi
2,5 mm O‘rtacha (h=500) 95 daraja 95 + (2,5×20/17)=97.9 daraja Ha Qabul qilinadi, lekin shart emas
3,0 mm Yomon (h=300) 121,7 daraja 121.7 + (3,0×20/17)=125.2 daraja Yuzaki qaynash yo‘q, sim haroratdan oshib ketdi
Ma'lumotlar shuni ko'rsatadiki,{0}}ajitlangan vanna uchun devor qalinligi kamida 2,5 mm gacha (h > 500 Vt/m²·K) issiqlikka chidamli bo'lib, konvektiv qarshilik ustunlik qiladi. Hatto yomon qo'zg'atilgan vannalar uchun ham (h=300) 0,8 mm devorlar sirt qaynashiga olib keladi, chunki 66,7 daraja konvektiv DT sirtni 121,7 darajaga ko'taradi. Bunday sharoitda chora devor qalinligini o'zgartirish emas, balki ajitatsiyani kuchaytirish yoki issiqlik oqimini kamaytirishdir. Termal jihatdan, ruxsat etilgan eng katta devor qalinligi asosan cheksiz bo'lib, tegishli qo'zg'alishni ta'minlaydi; biroq, amaliy ishlab chiqarish cheklovlari (quvurlarni bükme, payvandlash va xarajat) ko'pgina isitgichlar dizayni uchun qalinligi 2,0-2,5 mm gacha cheklaydi.

Devordan tashqarida muhandislik: yaxshilangan qo'zg'alish va issiqlik oqimini kamaytirish
Konvektiv chegara qatlami xrom kislotali anodlash vannalarida asosiy issiqlik qarshiligi bo'lganligi sababli, har qanday devor qalinligi uchun issiqlik o'tkazuvchanligini 20 kVt / m2 da ushlab turishning eng yaxshi strategiyasi vannaning etarli darajada qo'zg'alishini ta'minlashdir. Sirkulyatsiya pompasi uchun oqimni isitish moslamasi yuzasiga 0,5-1,0 m / s tezlikda majburlash uchun h 600-800 Vt / m2K ga ko'tarilishi mumkin, DTconv 25-33 gradusgacha kamayishi va tashqi yuzasi 2,0 mm devor qalinligida ham 90 darajadan past bo'ladi. Agar qo'zg'atishni yaxshilashning iloji bo'lmasa, kerakli issiqlik oqimini kamaytirish mumkin. Ko'pgina anodlash liniyalari 15 kVt/m$^2$ (1,5 Vt/sm$^2$) quvvatda ishlaydi, bu esa uzoqroq isitish vaqtlari bilan ishlaydi, bu esa $h$=500 da $\\Delta T_{conv}$ ni 30$^{\\circ}$C ga kamaytiradi va sirt qaynamasdan qalinroq devorlarga imkon beradi. Issiqlik oqimi va kerakli devor qalinligi o'rtasida teskari bog'liqlik mavjud. Masalan, 2,5 mm qalinlikdagi devorni yomon aralashtirish (h{25}}) uchun tashqi yuzani 100 darajadan past haroratda ushlab turish uchun issiqlik oqimini taxminan 12 kVt/m² ga tushirish kerak. Xrom kislotasidagi h uchun adabiyot qiymatlari tank dizayni va ish qismini yuklashga juda bog'liq, shuning uchun texnologik muhandislar ishga tushirish vaqtida isitgich yuzasida termojuftlar bilan haqiqiy issiqlik uzatish koeffitsientini sinab ko'rishlari kerak.

Xulosa: devor qalinligi kamdan-kam hollarda chegaralanadi - qo'zg'alish va issiqlik oqimi haqiqiy chegaralardir
20 kVt/m² issiqlik oqimida xrom kislotali anodlash vannasidagi (50 g/L CrO₃, 55 daraja) titaniumli suv isitgichi uchun vanna etarli darajada aralashtirilganda (h 500 KVt/m² dan katta yoki unga teng) issiqlik nuqtai nazaridan ruxsat etilgan maksimal devor qalinligi deyarli cheksizdir. Qalinligi 2,0 mm gacha bo'lgan devorlar uchun titan devorining elektr qarshiligi 2,5 darajadan kamroq hissa qo'shadi. C umumiy haroratning pasayishiga. Asosiy issiqlik qarshiligi konvektiv chegara qatlami bo'lib, u devor qalinligida emas, balki vannaning qo'zg'aluvchanligiga bog'liq. Vannalar etarli darajada aralashmaganda (h=300 Vt/m²·K) sirt qaynashini qo'zg'atish uchun hatto 0,8 mm devor ham kifoya qiladi, chunki 66,7 daraja konvektiv DT qaynash nuqtasi chegarasidan kattaroqdir. Bunday hollarda vosita ingichka devorni belgilash emas, balki ajitatsiyani yaxshilash yoki issiqlik oqimini cheklashdir. Mo''tadil qo'zg'aluvchan anodizatsiya liniyalarining ko'pchiligi uchun 1,2-1,5 mm qalinlikdagi titan devori mexanik mustahkamlik (alyuminiy qismlarning tasodifiy ta'siriga qarshilik) va termal ishlashning yaxshi murosasini ta'minlaydi. Qalinligi 2,0 mm dan ortiq bo'lgan devorlarni qo'llash orqali termal afzalliklarga erishilmaydi va materiallarning narxi va og'irligi keraksiz ravishda oshiriladi. Xrom kislotasini anodlash uchun isitgichlarni aniqlashning muhim mezonlari devor qalinligi emas, balki kerakli issiqlik oqimi (kVt / m²) va isitgichdan o'tgan taxminiy oqim tezligi (m / s). Konvektiv issiqlik uzatish koeffitsientini tasdiqlash uchun ushbu raqamlarni ishlab chiqaruvchiga taqdim eting. Mexanik va termal standartlarga javob beradigan tejamkor standart sifatida 1,2-1,5 mm devor qalinligini ta'minlang.