Hvernig hefur kjarnamyndun sjóðandi loftbóla á yfirborði PTFE hitara áhrif á hitaflutning?

Þegar PTFE dýfahitari er hituð yfir ákveðið hitastig hitar hann ekki bara nærliggjandi vökva hljóðlaust. Þess í stað verður það kraftmikið landslag lítilla gufusprenginga. Örsmáar loftbólur mynda kjarna á yfirborði slíðunnar, þróast hratt, losna og fara upp í gegnum vökvann og fjarlægja mikið magn af varmaorku í ferlinu. Þessi breyting frá venjulegri vökvahitun yfir í kjarnasuðu er ein mikilvægasta breytingin á hitauppstreymi hitara.

Samspilið milli slétts PTFE yfirborðs og gufubólumyndunar ákvarðar skilvirkni hitaflutnings inn í nærliggjandi vökva í rannsóknum á kjarnasjóðandi PTFE hitara yfirborði hitaflutnings.

Hvers vegna PTFE hegðar sér öðruvísi við suðu
Áhrif flats,-orkulítils yfirborðs
PTFE er vel þekkt fyrir sléttan-eiginleika og mjög litla yfirborðsorku. Sömu eiginleikar sem gefa PTFE efnaþol þess og viðnám gegn gróðursetningu hafa einnig áhrif á hvernig suðu hefst á yfirborði þess.

Gufubóla getur aðeins stækkað ef það er örlítill kjarnamyndunarstaður sem kemur jafnvægi á lítinn vasa af gufu. Litlar rispur, holur og gallar á grófu málmyfirborði þjóna náttúrulega sem kjarnamyndunarstaðir.

PTFE virkar öðruvísi vegna þess að:

Yfirborðið er sléttara.

Yfirborðsorkan er lítil

Vökvar hafa lakari viðloðun

Fyrsta andstaðan við stöðuga bólusköpun

Þannig þarf suðu venjulega meiri ofhita til að hefjast.

Hvað er Ofurhiti?
Ofurhiti er munurinn á yfirborðshita hitara og suðumarki vökvans. Þar sem PTFE þolir kúlukjarna verður yfirborð slíðursins að vera heitara en samsvarandi málmyfirborð áður en gufubólur geta þróast almennilega.

Þetta veldur smá seinkun á því að suðu hefst.

PTFE heldur suðunni í fyrstu, en þegar það byrjar sýður það af undarlegri reiði.

Umskipti frá varmhitun yfir í kjarnasuðu
Upphitun með náttúrulegri convection
Varmaflutningurinn áður en suðukorn hefst er einkennist af náttúrulegri varmalögn. Í þessari stjórn:

Heitur vökvi stígur í átt að slíðrinu

Það er skipt út fyrir kaldari vökva

Hitaflutningur er enn frekar hóflegur

Vökvaflæðið er frekar milt og takmarkað.

Upphaf kjarnasuðu
Þegar farið er yfir ofhitunarþröskuldinn getur kúlakjarnamyndun átt sér stað skyndilega. Virkir kjarnastaðir á yfirborði PTFE slíðunnar byrja að mynda gufubólur.

Á þessu stigi:

Aukning á hraða loftbólumyndunar

Að bæta blöndun vökva

Yfirborðsórói eykst

Fljótleg aukning á hitaflutningi

Þetta er upphafið að kjarnasuðu sem er einn áhrifaríkasti varmaflutningsmáti sem mögulegur er í fljótandi hitakerfum.

Hvers vegna kjarnasuðu eykur hitaflutning
Bubble Motion sem vélbúnaður hitaflutnings
Í kjarnasuðu þjóna loftbólur mörgum mikilvægum varmahlutverkum samtímis.

Þegar loftbólur myndast og þegar þær springa:

Duldur uppgufunarhiti gleypti hita

Nýr, kaldari vökvi kemur upp á yfirborðið

Mörkin eru brotin

Staðbundið rask eykst mikið

Þessi ofboðslega hræring vökvans eykur varmaflutningsstuðulinn mjög verulega.

Hægt er að fjarlægja varmaorku frá yfirborði hitarisins á mun skilvirkari hátt en með einfaldri suðu með kjarnasuðu.

Lítið, hratt-bubbar í burtu (framhald)
Slétt yfirborð PTFE hvetur til framleiðslu á mörgum litlum loftbólum frekar en nokkrum stórum tengdum. Lítil yfirborðsorka hjálpar loftbólum að fara fljótt þegar þær eru stærri en þröskuldsstærð.

Hröð kúlaútgangur hefur ýmsa kosti:

Teppi með gufum minnkað

Aukin vökvaskipting

Öflugri kjarnamyndunarlotur.

Bætt yfirborðssópun

Vökvinn á hreyfingu og gufubólurnar sem yfirgefa yfirborðið skola stöðugt yfirborð slíðunnar og auka þannig skilvirkni varmaskiptanna.

Watt þéttleiki Mikilvægi
Boiling Regime Power Matching of hitara
Vattþéttleiki þarf að vera skynsamlega valinn þannig að PTFE dýfishitarinn virki örugglega innan kjarnasuðukerfisins.

Mikilvægir þættir eru:

Eiginleikar vökva

Suðuhitastig fljótandi

Seigja vökva

Hræringarstig tanka

Rennslishraði

Stillingar hitara

Ef wattaþéttleikinn er ekki nógu mikill getur suðu myndast ekki að fullu, sem mun takmarka hitauppstreymi. Ef wattþéttleiki er of hár getur suðuferlið orðið óstöðugt og hættulegt.

vökvahræring og hreyfing
Vélrænn hræring eða þvinguð blóðrás sem hefur mikil áhrif á suðuhegðun kjarna:

Hraðari fjarlæging á gufubólum

Bætt áfylling á vökva

Aukning á mikilvægu hitaflæði

Stöðugleiki hitaflutnings

Vel hrist kerfi geta oft haldið uppi stærri wattaþéttleika á öruggan hátt en staðnaðir vökvar.

Kvikunarmyndun og gagnrýnn varmaflæði
Takmörk öruggrar kjarnasuðu
Kjarnasuðu er ákaflega eftirsótt aðeins innan öryggismarka. Þessi hærri mörk eru kölluð mikilvæg hitaflæði (CHF).

Á Fr. þá:

Myndun loftbóla verður of þétt

Gufuteppi byrja að þróast

Minnkað aðgengi að vökva í slíðrið

Yfir þessum mörkum er suðuáætlunin eðlisfræðilega öðruvísi.

Kvikmynd suðubreyting
Fyrir ofan mikilvæg hitaflæði getur myndast samfellt einangrandi gufulag í kringum hitara yfirborðið. Þetta er kallað kvikmyndasuðu.

Filmusuðu er erfið þar sem gufa er tiltölulega lélegur hitaflutningsmiðill miðað við vökva. Hitastig hitari yfirborðsins getur þá hækkað.

Afleiðingarnar geta verið:

Ofhitnun PTFE

Skemmdir slíður

Hita niðurbrot

Hitari, virkar ekki

Styttri endingartími

Það er þar af leiðandi mikilvægt, við hönnun PTFE hitara, að vinna örugglega undir CHF.

Hvers vegna PTFE getur stutt skilvirka suðu
Thermal Performance Gagnsæi
PTFE er kannski best þekktur fyrir einangrun og efnafræðilega tregðu en yfirborðshegðun þess við kjarnasuðu getur verið mjög áhrifarík við að veita hitaflutning eftir að suðu er hafin.

Blandan af:

Hröð kúlaútkast

Hræring þungra vökva

Stöðug kjarnamyndun 

Skilvirk duld hitaútdráttur

skapar mjög virkt hitaviðmót.

Fyrir mörg efnahitunarforrit með stýrðri suðu er þetta ástæðan fyrir því að PTFE dýfahitarar sem eru rétt smíðaðir eru mjög duglegir.

Hagnýt atriði í hönnun
Stærð hitari
Örugg aðgerð fer eftir nákvæmri samsvörun:

Watt þéttleiki hitari

Vökvaefnafræði

Hitastig rekstrar

Tank hönnun

Flæðimynstur

Of-stærð hitari eykur hættuna á suðu og staðbundinni ofhitnun.

Ástand yfirborðs
PTFE er í eðli sínu óhreinindaþolið. Hins vegar getur of mikil útfelling eða uppsöfnun seyru- haft áhrif á virkni loftbólu og takmarkað skilvirkni varmaflutnings.

Reglulegar skoðanir veita stöðuga suðuhegðun kjarna.

Stöðugleiki kerfisstýringar
Nákvæm hitastýring kemur í veg fyrir óþarfa hitauppstreymi og kemur í veg fyrir skyndilegar hækkanir á hitaflæði sem gæti truflað suðukerfið.

Samantekt og niðurstaða
Suðan á yfirborði PTFE hitara er tvíhliða-varmaáhrif. Slétt,-orkulítil slíður hindrar bólumyndun í upphafi og krefst meiri ofhitunar áður en kjarnamyndun hefst. En þegar þessi hindrun hefur verið rofin er kjarnasuðu mjög sterk og furðu áhrifarík, sem eykur mjög flæði varmaorku inn í vökvann.

Lykilverkfræðivandamálið í kjarnasuðuhitaflutningi frá PTFE hitaraflötum er að jafnvægi stjórnaðrar kjarnasuðu og skaðlegrar kvikmyndarsuðu. Þegar wattaþéttleiki, vökvahræring og hitastýring eru rétt valin, er suðuferlið áfram öruggt inni í mjög skilvirku kjarnakerfi.

Flókin hreyfing loftbóla yfir PTFE slíðrið ræður á endanum hversu hart er hægt að þrýsta á varmaaflinu á meðan viðhalda öruggri og áreiðanlegri notkun hitara.