Watt Density Revisited: Passar hylkishitara við efnið sem verið er að hita upp

Plast örgjörvi setur sömu skothylkihitara í tvö aðskilin mót. Mótin hafa sömu þvermál, spennu, heildarafl og stjórnandi stillingar. Hitararnir endast í mörg ár í fyrsta mótinu (álverkfæri fyrir lágt-hitastig PP) og virka vel allan tímann. Í öðru tilvikinu (Hátt-hitastig PEEK í ryðfríu-stálverkfærum) brotna þau niður eftir nokkra mánuði og sýna merki um slit eins og mislitun, bólgnar slíður eða opnar hringrásir. Hitararnir eru eins, en útkoman er mjög mismunandi. Það eina sem breytist er efnið sem er í mótun og hversu vel tækið getur tekið í sig og dreift hita. Þetta gerist á hverjum degi í bransanum og sýnir grundvallarsannleika: Wattaþéttleiki verður að passa ekki aðeins við hönnunarmörk hitarans heldur einnig við getu efnisins til að flytja hita og sökkva því.

Wattþéttleiki, sem er heildarafl deilt með virku upphitaða yfirborði, segir okkur hversu erfitt slíðaryfirborðið þarf að vinna til að flytja orku til umhverfismiðilsins:
\\\\text{Wattþéttleiki (W/in²)}=\\frac{\\text{Heildarafl}}{\\pi \\times \\text{þvermál (in)} \\times \\text{hituð lengd (in)}} \\]

(eða W/cm² í mæligildum). 500 W hitari sem er 6 tommur langur hefur um það bil helmingi vöttaþéttleika eins hitari sem er 3 tommur langur. Styttri einingin þarf að þrýsta tvöfalt meiri orku í gegnum helmingi meira yfirborðsflatarmál, sem gerir slíðurhitastigið mun hærra, jafnvel þótt mótstilligildi sé það sama.

fjölbreytt efni geta haldið og flutt hita frá slíðrinu á mjög fjölbreyttan hátt. Kopar- (≈400 W/m·K) og ál- (≈237 W/m·K) plötur eða blokkir draga hita fljótt, sem þýðir að þeir geta séð um meiri örugga wattaþéttleika-venjulega 40–80 W/in² (62–124 W/cm²) í útfærðum hönnun og viðhalda hitastigi að innan- 900–1000 gráður. Verkfærastál (P20, H13) sem leiða hita við 25–35 W/m·K þarf varkárari gildi, venjulega 20–40 W/in² (31–62 W/cm²). Til að koma í veg fyrir að brekkur séu of brattar þurfa ryðfrítt stálmót (um 15–20 W/m·K) enn minni þéttleika. Plast, eins og PP, ABS og há-kvoða eins og PEEK, hefur mjög lága hitaleiðni (0,1–0,3 W/m·K), sem gerir þá að erfiðustu miðlinum til að vinna með. Til að stöðva staðbundna bruna, hnignun eða kolefnisútfellingu á yfirborði hitarisins verður wattaþéttleiki að fara niður í 5–15 W/in² (8–23 W/cm²) í beinni-snertingu eða þunnri- vegg.

Forrit sem nota vökvadýfingu hafa viðmið sem eru svipuð en bara fyrir þá tegund af vökva. Vatn og þunnar olíur (lítil seigja, hár sérhiti) hreyfast mikið og geta þæginlega séð um miðlungs til háan wattaþéttleika (40–100 W/in² eða meira með hringrás). Þungar olíur, varmaflutningsolíur, bráðnar fjölliður og síróp eru dæmi um seigfljótandi vökva sem ná náttúrulega ekki vel saman og mynda einangrandi jaðarlög. Þegar hámarks filmuhitastig vökvans (venjulega á milli 250 og 350 gráður) er náð gæti hann klofnað, oxast eða fjölliðað, sem veldur kókun. Kókun er hörð, kolefnisrík útfelling sem einangrar slíður, fangar hita og flýtir fyrir kulnun. Fyrir léttar olíur fara ráðlögð mörk niður í 10–30 W/in², en fyrir þunga eða niðurbrjótanlega miðla fara þau niður í 5–15 W/in².

Það er sterkt neikvætt samband á milli rekstrarhitastigs og hámarks wattaþéttleika. Til að halda líftíma hitarisins óbreyttum þarf hærra markhitastig lægri wattaþéttleika. Hylkishitari í álplötu sem keyrir á 400 gráðu F (204 gráður) þolir örugglega 60 W/in² í langan tíma. Sama hitari ætti að minnka í um það bil 30 W/in² eða minna við 800 gráður F (427 gráður) vegna þess að hitamunurinn á milli vírsins og slíðunnar verður minni og hitastig vírsins nær hraðar oxunarmörkum. Lækkunarferlar framleiðanda, sem eru almennt sýndir sem hæstu W/in² miðað við hitastig slíðunnar eða mótsins, eru ekki ábendingar. Þau eru byggð á eðlisfræði og koma úr mörgum lífsprófunum.

Fyrir háspennu 700V eins-hylkjahitara, sem eru notaðir í stórum búnaði vegna þess að þeir nota minni straum og auðveldara er að tengja þá, eru meginreglurnar um watta-þéttleika þær sömu, en áhrifin af mistökum eru mun verri. Þegar niðurbrot hefst gefur hærri kerfisspenna til kynna að meiri orka sé tiltæk til að halda ljósboga, rekja spori eða einangrunarrofi gangandi. Lítið-einangrunarviðnám-ástand sem gæti valdið óþægindum við 380V gæti leitt til þess að slíður rofni eða eldi við 700V. Almenna reglan er sú að ef þú ert ekki viss skaltu dreifa rafaflinu yfir lengri upphitaða lengd eða stærri þvermál. Lægri wattaþéttleiki þýðir næstum almennt lengri líftíma, minni líkur á heitum reitum og fyrirgefnari uppsetningarvikmörk.

Nokkrar mikilvægar reglur til að passa wattaþéttleika við hitaða efnið eru: - Notaðu hvarfefni með mikilli leiðni, svo sem ál eða kopar, til að fá meiri þéttleika. - Fyrir ryðfríu stáli, fjölliður eða þykka vökva, dregur verulega úr. - Athugaðu upplýsingar vökvaframleiðandans til að fá hæsta hitastig sem hægt er að sökkva filmunni í og dýfa í} (0,02–0,05 mm úthreinsun) til að ná sem mestri snertingu. - Notaðu hitamyndatöku við gangsetningu til að ganga úr skugga um að hitastig slíðunnar sé það sama.

Wattþéttleiki er aldrei ein breytu; það tengir úttak hitarans við getu efnisins til að taka það úttak. Með því að passa vandlega vatnsþéttleika hitahylkisins við varmaleiðni, hitagetu og lögun móttökumiðilsins, sem gæti verið málmverkfæri, plastplastefni eða vökvabað, geta örgjörvar forðast snemma bilanir, haldið ferli hitastigi stöðugu og fengið sem mest út úr bæði hitaranum og hlutanum. Hitarinn sem endist er sá sem var hannaður og settur saman til að vinna með umhverfi sínu, ekki gegn því.