Hvert er magn hitaálag (MPa) sem þróast í 2,5 mm þykkum títanhitavegg við slökun frá 95 gráðu til 20 gráðu vatns?

Ferlaverkfræðingur sem hefur áhyggjur af hitaáfallsskemmdum á þykkum-vegguðum títanhitara (2,5 mm) eftir að hafa slökkt úr 95 gráðu til 20 gráðu vatni getur ákvarðað magn hitauppstreymis sem myndast í veggnum út frá varmaálagsjöfnunni fyrir hratt kælt rör. Hámarks hitaspenna (σ th ) á sér stað á innra yfirborði (miðað við hraða kólnun utan frá) og er gefið af: σ th=E × × T Δ 1 − vf( ) Þar sem E er teygjustuðull (110 GPa), er stuðullinn fyrir varmaþenslu (8,6 × 10 -6 er hitastigið), ν gráður er breytingin), ν gráður er breytingin), ν gráðu er breyting Hlutfall Poissons (0,34) og f( ) er rúmfræðistuðull sem er háður Biot tölunni (kælingarhraði). Fyrir þykkt -veggað rör (t=2.5 mm, OD=25 mm) slökkt í vatni (h=1.000-5.000 W/m²K, líffræðileg tala > 10) f( ) ≈ 1,0 (algjört hitalost). Reiknuð hitaspenna er σ_th=(110 × 10 9 × 8,6 × 10 6 × 75) / (1 − 0,34)=(110e9 × 6,45e-4) / 0.66=(71} × {{3} MP) Þetta álag er um 39 prósent af álagsstyrk (275 MPa) og 54 prósent af hámarks togstyrk (345 MPa). Hitaþreytusprunga getur stafað af endurteknum hitaáföllum (100-1.000 lotur) við álag sem er undir flæðistyrk.

Myndunarháttur hitaálags við slökkvun
Ef heitu röri af títan er stungið í kalt vatn kólnar ytra yfirborðið og þjappist hratt saman. Innra yfirborðið, sem helst heitt, er á móti þessum samdrætti, sem setur ytra yfirborðið í spennu og innra yfirborðið í þjöppun (fyrir rör sem er kælt að utan). Fyrir háa varmaflutningsstuðla (h > 5.000 W/m²K) getur hitamunur yfir veggþykktina verið 30-50 gráður fyrir 2,5 mm vegg á fyrstu sekúndum slökkvistarfsins. Hitaálagið tengist tafarlausum hitamun yfir vegginn og er hann hámark um 0,3-0,5 $\\x$$\\Delta T_{alls}$. Reiknuð 108 MPa er hámarksspenna meðan á slökkvun stendur. Ef flæðiþolið er farið yfir, á sér stað plastaflögun og togspennuleifar eru til staðar eftir kælingu, sem eykur næmi fyrir tæringarsprungum.

Magngreining á hitaspennu sem hlutverk veggþykktar og alvarleika slökkva
Veggþykkt t (mm) Slökkva miðlungs varmaflutningsstuðull klst (W/m 2 K) Hámark ΔT yfir vegg ( gráðu ) Hitaspenna (MPa) % af afrakstri (275 MPa) Hætta á plastaflögun
1.5 Stillt vatn (milt) 500 15 22 8%Ekkert 1.5 Hrært vatn 2,000 30 43 16% Ekkert
1.5 Slökkva (kalt vatn) 5,000 45 65 24% Ekkert
2.0 Slökkva (kalt vatn) 5,000 55 79 29% Ekkert 2.5 Slökkva (kalt vatn) 5,000 65 108 39% Ekkert (teygjanlegt)
3.0 Slökkva (kalt vatn) 5,000 75 125 45% Ekkert (teygjanlegt)
2,5 Ísvatn (0 gráður , ΔT=95 gráður ) 10,000 85 140 51% Nálægt ávöxtun
3,0 Ísvatn (0 gráður) 10000 100 165 60%Plastaflögun er líkleg
Atburðarás-Leiðbeiningar um hitaáfallsstjórnun
Notkunarástand og slökkvigerð Veggþykkt (mm) Hitaspenna (MPa) Sprunguhætta Ráðlögð aðgerð:
Venjuleg stöðvun, loftkæling (hægt) 1,5-3,0 < 10 Ekkert Engin vandamál
Venjuleg lokun, vatnsskolun (heitt) 1.5-2.0 20-40 Ekkert ásættanlegt
Neyðarslökkvun (kalt vatn, einu sinni-) 2.5 108 Lítið (eitt-sinn) Viðunandi. Athugun eftir atburði.
Neyðarslökkva (ísvatn, stakt atvik) 2.5 140 Í meðallagi (getur gefið eftir á staðnum) Fjarlægðu hitara til skoðunar.
2.5 108 Moderate (fatigue) Increase quench temperature (warm water) Repeated thermal cycles (>100) með vatnsslökkvi Minnka kælihraða.
Tíð (dagleg) slökkunHvað sem er > 2,0 > 100 Hátt (þreytasprunga) Notaðu rampakælingu (stýrður hraði) í stað slökkva.
Quench from high temperature (>150 gráður) 2,5 > 200 Alvarlegt Ekki ráðlagt. Notaðu hæga kælingu eða annað efni.
Verkfræðileg mildun á slökkvi-völdum hitaálagi
Varmaslökkun er óhjákvæmileg á þykkum-veggjum títanhitara en það eru þrjár mótvægisaðgerðir sem hjálpa til við að draga úr hitauppstreymi. Fyrsta mótvægið er notkun á volgu slökkvivatni (40-50 gráður á móti. 20 gráðum). Að draga úr ΔT úr 75 gráðu í 45 gráður dregur úr hitauppstreymi úr 108 MPa í 65 MPa (40% minnkun), streita langt undir afkastagetu. Önnur mótvægið er að nota kyrrt vatn í staðinn fyrir hrært vatn (h=500 W/m2K í stað 5.000) til að auka slökkvitímann. Minnkaði varmaflutningsstuðullinn dregur úr hitastiginu í gegnum vegginn og dregur þannig úr hámarksspennu í 22 MPa fyrir 2,5 mm vegg. Þriðja mótvægið er forkæling á hitaranum í lofti áður en vatnið er slökkt. Kæling í lofti frá 95 gráður til 60 gráður (10 mín) fylgt eftir með slökkvi dregur úr ΔT úr 75 gráður í 40 gráður og þar með hitauppstreymi.

Conclusion: 2.5 mm Titanium Wall Sees 108 MPa Thermal Stress During 95 C ->20 C slökkva
2,5 mm þykkur Grade 2 titanium hitaraveggur upplifir magn hitauppstreymis upp á um 108 MPa við slökkvun frá 95 gráðu til 20 gráðu vatns með hitaflutningsstuðli upp á 5.000 W/m2K (hrært vatn). Þetta álag er 39% af efnisflutningsstyrk (275 MPa) og 54% af hámarks togstyrk (345 MPa). Spennan er enn á teygjusviðinu þannig að ein slökkva mun ekki mynda plastaflögun eða hraða bilun. Endurtekin hitaslokknun (100-1.000 lotur) geta valdið hitaþreytusprungum, sérstaklega við suðu, rispur eða aðra álagsþétta. Mælt er með heitu slökkvivatni (40-50 gráður), miðlungs kæling í kyrrlátu vatni og loftforkælingu áður en slökkt er á til að bæta endingu hitara. Þar sem þörf er á að slökkva oft, lækkar veggþykktin í 1,5-2,0 mm hitaspennu niður í 65-79 MPa, vel innan öruggs teygjusviðs.