Какъв е ефектът на теченията на околния въздух върху равномерността на температурата на отворена нагревателна плоча?

Нагревателна плоча в средата на оживен фабричен цех е непрекъснато изложена на невидими въздушни течения, генерирани от отворени врати, вентилационни вентилатори отгоре, движещ се персонал и преминаващи мотокари. Тези привидно леки ветрове често са твърде фини, за да бъдат забелязани директно, но въпреки това те са в състояние да премахнат достатъчно топлинна енергия от откритите повърхности, за да създадат устойчиви студени зони, особено по ръбовете на плочата, което води до неравномерно нагряване и дефектни продукти.

Разбиране на въздействието наравномерност на температурата на тягата на околния въздух отворена плочаповедението е от съществено значение за поддържане на постоянна топлинна ефективност в отворени, незатворени-отоплителни системи.

Механизми за загуба на топлина в отворена плоча

Естествена конвекция и радиация

Отворената нагревателна плоча губи топлина предимно чрез:

Естествена конвекция към околния въздух

Радиационен топлообмен с близките повърхности

Край{0}}подобрени конвективни загуби

При условия на неподвижен въздух над повърхността на плочата се образува относително стабилен термичен граничен слой. Този тънък слой топъл въздух действа като изолационен буфер, забавяйки по-нататъшната загуба на топлина.

Този слой обаче е силно чувствителен към смущения.

Ефект от течението на околния въздух

Разрушаване на термичния граничен слой

Когато движението на въздуха преминава през повърхността на плочата, изолационният граничен слой се отстранява.

Бризът е крадец на прецизност в топлинните системи, като непрекъснато премахва стабилния въздушен филм, който поддържа равномерността на температурата.

В резултат на това:

Конвективният топлопренос се увеличава рязко

Местните скорости на охлаждане се повишават значително

Температурата на повърхността става не-равномерна

Краищата се охлаждат по-бързо от центъра

Дори относително ниските скорости на въздуха могат да имат измерим ефект.

При въздушна скорост приблизително:

v≈1 m/sv \\приблизително 1\\ \\mathrm{m/s}v≈1 m/s

могат да се появят забележими понижения на температурата на повърхността на ръба поради засилени конвективни топлинни загуби.

Защо охлаждането на ръбовете е по-лошо

Геометрично усилване на топлинните загуби

Краищата на плочата естествено губят повече топлина от централните региони поради увеличеното излагане на околния въздух от няколко страни.

Когато се комбинира с въздушен поток, този ефект става по-изразен, защото:

Въздушният поток удря директно ръбовете

Образуването на граничния слой се нарушава по-лесно

Пътищата за топлопроводимост са по-къси по краищата

Локалната турбуленция увеличава коефициентите на топлопреминаване

Резултатът е разширена "студена граница" около периметъра на плочата.

Увеличаване на конвективния топлопренос

Ефект на скоростта на въздуха

Конвективният топлопренос е силно зависим от скоростта на въздуха.

С увеличаване на въздушния поток:

Коефициентът на конвективен топлопреминаване се повишава

Термичните гранични слоеве стават по-тънки

Скоростта на отделяне на топлина се увеличава бързо

Тази връзка обяснява защо дори малки течения могат значително да повлияят на стабилността на повърхностната температура в отворени отоплителни системи.

Въздействие върху качеството на процеса

Не{0}}последствия от неравномерно нагряване

Температурните колебания по повърхността на плочата могат да доведат до:

Неравномерно втвърдяване на материала

Непостоянна якост на свързване

Разлики в размерите на термично чувствителните материали

Повишени нива на скрап

Нестабилност на процеса

При прецизни топлинни приложения дори малки температурни отклонения по краищата могат да се разпространят в значителни проблеми с качеството надолу по веригата.