Тефлоновий занурювальний нагрівач у резервуарі з тонкою,-водою, що вільно рухається, легко віддає тепло. Помістіть той самий нагрівач у густий, млявий розплав полімеру або важку трансмісійну оливу, і він буде боротися. Опір рідини потоку-її в’язкість-є потужним гальмом для природних конвекційних потоків, які є основним механізмом охолодження нагрівача. Густа, лінива рідина огортає обігрівач у гарячий, тихий кокон, утворюючи застійну ізоляційну ковдру, яка може спричинити перегрів обігрівача навіть за помірної щільності в ватах.
Роль в'язкості в теплопередачі
Передача тепла від нагрівача PTFE, зануреного в рідину, значною мірою залежить від природної конвекції. Тепла рідина біля нагрівача піднімається вгору за рахунок виштовхування, а холодніша замінює її, відводячи тепло. В'язкість, міра внутрішнього тертя рідини, чинить опір цьому руху. Рідина з високою{3}}в’язкістю, наприклад важка нафта, смола чи розплав полімеру, пригнічує конвекційний потік.
Коефіцієнт теплопередачі, який кількісно визначає, наскільки ефективно тепло залишає оболонку нагрівача, різко падає зі збільшенням в’язкості. На практиці коефіцієнти в густих рідинах можуть бути в п'ять-десять разів нижчими, ніж у воді. Наслідком цього є вища температура оболонки за тієї самої споживаної потужності, що підштовхує поверхню PTFE близько до її термічної межі 110 градусів.
Наслідки для конструкції та експлуатації нагрівача
Зв'язок між в'язкістю і коефіцієнтом теплопередачі можна кількісно визначити за допомогою числа Релея, яке обернено пропорційне кінематичній в'язкості. Зі збільшенням в’язкості число Релея падає, що вказує на слабшу природну конвекцію. Щоб підтримувати безпечну роботу, щільність у Ватах має бути значно знижена. У високов’язких рідинах прийнятна густина потужності може знизитися до 0,3 Вт/см², щоб запобігти перегріву.
Насоси з механічним перемішуванням або циркуляційні насоси можуть перетворити систему з природної на примусову конвекцію, значно підвищуючи коефіцієнт теплопередачі та подолавши значну частину в’язкості, -спричинену термічним поразкою. Без перемішування обігрівач повинен покладатися виключно на мляву, в’язку рідину для відведення тепла, що вимагає терпіння та консервативного дизайну.
Практичні міркування
Густа, ледача рідина огортає нагрівач у гарячий, тихий кокон, підкреслюючи важливість обліку в’язкості під час технічних характеристик і встановлення. Інженери повинні оцінити в’язкість рідини при робочій температурі, розрахувати очікуваний коефіцієнт теплопередачі та вибрати щільність у Ватах, сумісну як з оболонкою з ПТФЕ, так і з конвективними властивостями рідини.
Там, де це можливо, циркуляція або м’яке перемішування можуть значно покращити продуктивність нагрівача, забезпечуючи вищу щільність ват і пришвидшення процесу без перевищення температурних обмежень PTFE.
Висновок
В'язкість рідини є безшумним потужним регулятором безпечної вихідної потужності нагрівача PTFE. Рідини з високою{1}} в’язкістю пригнічують природну конвекцію, зменшують коефіцієнт теплопередачі та вимагають консервативного зниження питомої потужності. Нагрівання густих, млявих рідин вимагає терплячого планування та, в ідеалі, механічного перемішування. Зрештою, продуктивність нагрівача PTFE визначається не лише його конструкцією, а й тим, наскільки охоче рухається навколишня рідина, відводячи своє тепло.
