Fyrir PFA (perflúoralkoxý) slíðrahitara sem notaður er til að viðhalda 160 gráðu í 70% brennisteinssýrulausn við 2 bör þrýsting, hver er hámarks leyfileg veggþykkt til að koma í veg fyrir varma niðurbrot fjölliðunnar við viðnámsvírviðmótið?

PFA (perflúoralkoxý) hlífðarhitarar verða að vera hannaðir fyrir 70% brennisteinssýru við 160 gráður og 2 bör þrýsting þannig að hitastigið við tengi við mótstöðuvírinn haldist undir stöðugu þjónustuhitastigi fjölliðunnar sem er 260 gráður. Hitafallið yfir PFA vegginn er gefið með jöfnunni ΔT=(q × t) / k, þar sem q er hitaflæðið (W/m²), t er veggþykktin (m) og k er varmaleiðni PFA (0,25 W/m·K). Fyrir dæmigerðan aflþéttleika upp á 8 W/cm2 (80000 W/m2) og 160 gráðu magn sýruhita er hæsta leyfilega veggþykkt til að tryggja hitastig vírsins<260°C is 0.31 mm. If the walls are made thicker, the wire interface would be above 260°C, at which point the polymer will soften and degrade

Varma niðurbrotskerfi PFA slíðra

Hitinn sem myndast af viðnámsvírnum verður að leiða í gegnum PFA vegginn til sýrunnar. T_vír=T_acid + ΔT er hitastigið við tengi vírsins PFA byrjar að mýkjast við 260 gráður og byrjar að rýrna yfir 300 gráður. Fyrir langtíma áreiðanleika ætti hitastig vírviðmótsins ekki að fara yfir 260 gráður. Hitaflæðið q er gefið upp í aflþéttleika (W/cm2) og er fall af afli hitara og yfirborðsflatarmáli.

Vírhitastig vs veggþykkt Magnbundið

Við 160 gráður, aflþéttleiki 8 W/cm² (80.000 W/m²) fyrir 70% H₂SO₄:

Veggþykkt (mm) ΔT yfir PFA (gráða) Vírhitastig (gráða) PFA ástand 0.15 48 208 Öruggt 0.20 64 224 Öruggt 0.25 80 240 Öruggt 0.31 100 260 Hámarks leyfilegt 0.35 112 272 Niðurbrot hefst 0.40 128 288 Mýking 0.50 160 320Mikil rýrnun á
Hámarks leyfileg veggþykkt við mismunandi aflþéttleika

Eftirfarandi tafla sýnir hámarks leyfða veggþykkt fyrir PFA slíðrahitara í 70% H2SO4 við 160 gráður sem fall af aflþéttleika.

Aflþéttleiki (W/cm2) ΔT á mm þykkt (gráða /mm) Hámarksveggþykkt fyrir T_wire<260°C (mm) 5 20 0.5
6 24 0.42 7 28 0.36 8 32 0.31 9 36 0.28 10 40 0.25 12 48 0.21
Verkfræðisjónarmið 1.

Veggþykktin verður einnig að standast 2 bör innri þrýsting (ef hitari er rör) og meðhöndla álag og gefa nauðsynlegan vélrænan styrk. Fyrir hærri þrýsting en 1 bar er mælt með lágmarksvegg sem er 0,3 mm, óháð hitaútreikningum. Fyrir þessa notkun (2 bör) er veggþykkt 0,3 – 0,35 mm málamiðlun milli hitauppstreymis og vélrænnar kröfur. Ef veggirnir eru þykkari þarf að minnka aflþéttleikann eða bæta við hitadreifara.

Aðrar aðferðir

Ef nauðsynleg veggþykkt fyrir vélrænni heilleika fer yfir hitauppstreymi er hægt að breyta hönnuninni með því að:

Að draga úr aflþéttleika (hitari með lengri eða stærri þvermál)

Með því að nota meira hitaleiðandi efni (PEEK hefur k=0.32 W/m·K, aðeins betra)

Að setja hitadreifara úr málmi í PFA slíður

Notkun fjölliða með hærra hitastigi (engin er fáanleg fyrir þetta efnaumhverfi yfir 260 gráður)

Vel upplýst forskrift

Til að halda vírsnertingu undir 260 gráðum er hámarksveggþykkt PFA slíðrahitara með aflþéttleika 8 W/cm2 í 70% brennisteinssýru við 160 gráður og 2 bör þrýsting 0,31 mm. Til að tryggja vélrænan áreiðanleika ætti annaðhvort að nota styrkingarlag eða minnka aflþéttleikann í 6 W/cm², sem leyfir veggþykkt upp á 0,42 mm. Verkfræðingurinn stjórnar veggþykkt og aflþéttleika til að koma í veg fyrir hita niðurbrot PFA við tengi við mótstöðuvírinn.