PTFE потопяем нагревател с мощност 1,5 вата на квадратен сантиметър в-добре разбърквана водна баня бързо ще прегрее и ще се повреди, ако същата плътност във вата се приложи в гъсто масло. Разликата не е в нагревателя, а в способността на течността да отвежда топлината. Разбирането защо това се случва е от съществено значение за безопасна и надеждна спецификация на нагревателя.
Ролята на флуида в преноса на топлина
Максимално допустимата изходна мощност на единица площ на PTFE нагревател не е фиксирана стойност. Вместо това,ват плътност граница флуид термична проводимост PTFE нагревателзависи пряко от това колко ефективно заобикалящата среда абсорбира и отвежда топлината далеч от обвивката.
Водата притежава относително висока топлопроводимост от приблизително 0,6 W/m·K и нисък вискозитет, което насърчава силна естествена конвекция. Тези свойства позволяват бързо отстраняване на топлината от повърхността на нагревателя, позволявайки плътност на вата до 1,5 W/cm² при типични условия на потапяне.
Тежките масла, синтетичните течности за пренос на топлина и полимерите се държат по различен начин. Тяхната топлопроводимост често попада в диапазона от 0,1–0,2 W/m·K. В комбинация с висок вискозитет, тези течности потискат естествената конвекция. Около PTFE обвивката се образува застоял, изолиращ граничен слой, който улавя топлината локално.
Последица от лоша топлопроводимост
Когато граничният слой не може да отведе топлината достатъчно бързо, температурата на повърхността на обвивката се повишава рязко. Въпреки че самият PTFE има максимална непрекъсната работна температура от приблизително 110 градуса, вътрешният съпротивителен проводник работи много по-горещо при нормални условия. Прекомерната плътност на вата принуждава температурата на проводника да надхвърли безопасните граници, ускорявайки разграждането на изолацията и причинявайки преждевременна повреда на нагревателя.
На практика топлинната личност на флуида диктува тавана на мощността на нагревателя. Често срещана грешка е да се оразмерява маслен нагревател въз основа на-произведени от водата основни правила, като се приеме, че същата плътност във ватове ще бъде приемлива.
Указания за безопасна плътност на ватове за течности с ниска{0}}проводимост
За водни -решения с подходящо разбъркване, максимална плътност във вата от 1,5 W/cm² служи като стандартен показател. Въпреки това, за негазирани масла и много полимерни стопилки, границата пада драстично до приблизително 0,5 W/cm².
Препоръчителни диапазони на намаляване на мощността
Масла и не{0}}разбъркващи се полимери:максимална ватова плътност от 0,3–0,8 W/cm², в зависимост от точните свойства на течността.
Вискозни или застояли течности:препоръчва се долната граница на диапазона (0,3–0,5 W/cm²).
По-високи стойности (0,6–0,8 W/cm²):може да се има предвид само когато се въведе механично разбъркване.
Ролята на механичното разбъркване
За вискозни течности външното разбъркване става критично. Принудителната конвекция разрушава изолационния граничен слой и подобрява преноса на топлина. Дори и с вълнение обаче, нават плътност граница флуид термична проводимост PTFE нагревателостава по-ниска от тази за водата поради присъщия таван на топлопроводимостта на флуида.
Защо вътрешната температура на проводника има значение
PTFE обвивката предпазва вътрешния съпротивителен проводник от химическа атака и електрически утечки. Въпреки това, PTFE е топлоизолатор в сравнение с металите. Топлината, генерирана в жицата, трябва да пресече стената на обвивката, след което да премине през граничния слой в обемната течност. Ако граничният слой се съпротивлява на топлинния поток, температурата на проводника се повишава непропорционално.
PTFE нагревател, работещ при 1,5 W/cm² във вода, може да поддържа температура на проводника доста под опасните нива. Същият нагревател в масло при същата плътност на вата може да повиши температурата на проводника далеч над 200 градуса, което води до бързо окисляване на съпротивителната сплав и евентуално прекъсване-на веригата.
Практически препоръки за избор на нагревател
Винаги характеризирайте топлопроводимостта на течността.Ако данните не са налични, се препоръчва консервативно понижаване на стойността.
За масла и полимери започнете с 0,5 W/cm²като максимум. Намалете допълнително за силно вискозни или застояли условия.
Включете механично разбъркванекогато е възможно, за да подобрите преноса на топлина и да позволите малко по-високи ватови плътности в рамките на диапазона 0,6–0,8 W/cm².
Не приемайте, че се прилагат водни{0}}ограничения за плътност във ватакъм течности с ниска{0}}проводимост. Това предположение е водеща причина за преждевременна повреда на нагревателя.
Заключение
Нагревателят и течността образуват термично партньорство. Нито един PTFE нагревател не може да работи безопасно над капацитета-отвеждане на топлината на околната среда. Осъзнаването как топлопроводимостта ограничава конвективния пренос на топлина е първата стъпка в определянето на безопасна плътност на ватове за PTFE нагревател. Изборът на плътност във ватове, която зачита способността за-пренос на топлина на флуида, влияе пряко върху продължителността на живота на нагревателя, предотвратявайки прегряване, повреда на изолацията и скъпоструващ престой. За течности с ниска{6}}проводимост, като масла и полимери, намаляването на мощността до 0,3–0,8 W/cm²-комбинирано с разбъркване, където е възможно-осигурява надеждна дългосрочна-работа.
