Kuo stiklinio{0}}plieninio vamzdžio šilumos laidumas lyginamas su PTFE?

Stiklinis plieninis vamzdis yra dviejų pasaulių kompozicija: plonas, korozijai atsparus stiklinis apvalkalas, chemiškai sujungtas su tvirtu, kietu plieniniu apvalkalu. Žvelgiant iš šiluminės perspektyvos, tai nėra nei puikus laidininkas, kaip tvirtas metalas, nei pilnas izoliatorius, kaip storas polimeras. Jo veikimas yra subtilus dviejų sluoksnių vidurkis. Suprasdamas,stiklu padengto plieno vs PTFE vamzdžio šilumos laidumasPalyginimas yra būtinas norint pasirinkti tinkamą šilumokaitį arba perdavimo vamzdį koroziniuose, aukštos temperatūros procesuose.

Kiekvieno komponento šilumos laidumas

Stiklo pamušalas – prastas, bet plonas barjeras

Stiklo pamušalas, naudojamas plieniniams vamzdžiams, paprastai yra borosilikatinis arba panašus bešarminis stiklas, sukurtas taip, kad būtų atsparus cheminiam poveikiui ir atsparus šiluminiam smūgiui. Jo šilumos laidumas mažas: apytiksliai1.0–1.2 W/m·Kesant įprastai darbo temperatūrai (20–200 laipsnių). Ši vertė yra maždaug keturis kartus didesnė nei PTFE (0,25 W/m·K), bet vis tiek yra daug mažesnė nei plieno.

Tačiau stiklo sluoksnis yra labai plonas. Standartiniame stiklu dengtame plieniniame vamzdyje stiklo danga padengiama storiu0,8–1,5 mm(paprastai apie 1 mm). Kadangi šiluminė varža yra proporcinga storiui, padalytam iš laidumo (R=storis / k), plonas vidutinio laidininko sluoksnis vis tiek gali turėti palyginti mažą varžą.

Plieninis pagrindas – stiprus laidininkas

Apačioje esančio plieno vamzdžio (dažniausiai anglinio plieno arba mažai legiruoto plieno) šilumos laidumo koeficientas yra maždaug45–50 W/m·K– apie 40–50 kartų didesnis už stiklą ir beveik 200 kartų didesnis už PTFE. Plieno storis paprastai yra 2–5 mm, priklausomai nuo slėgio. Kadangi plienas yra geras laidininkas, o stiklas plonas, bendroje kompozitinės sienos varžoje dominuoja stiklo sluoksnis, tačiau plienas prideda labai mažai papildomos varžos.

PTFE vamzdis – mažo laidumo, stora sienelė

Priešingai, kieto PTFE vamzdžio šilumos laidumas yra apytikslis0.22–0.25 W/m·K. Kad būtų pasiektas toks pat mechaninis stiprumas ir slėgio įvertinimas kaip ir stiklu dengto plieninio vamzdžio, PTFE vamzdžio sienelė turi būti gerokai storesnė. Pavyzdžiui, PTFE vamzdžio, kurio slėgis yra 6 barai, esant 100 laipsnių kampui, sienelės storis gali būti 2–4 mm, palyginti su stiklu dengtu plieniniu vamzdžiu, kurio bendras sienelės storis (stiklas + plienas) yra 3–6 mm, tačiau didžioji šio storio dalis yra labai laidus plienas.

Bendros šiluminės varžos palyginimas (U vertė)

Bendras vamzdžio sienelės šilumos perdavimo koeficientas (U vertė) nustatomas susumavus stiklo, plieno ir dviejų skysčio ribinių sluoksnių varžas. Šiam palyginimui atsižvelgiama tik į sienų varžą, darant prielaidą, kad skysčio sąlygos yra identiškos.

Įprasto atvejo skaičiavimo pavyzdys:

Sienų atsparumas (R_wall):

Stiklinis plienas: R_stiklas=0.001 m / 1,1 W/m·K=0.00091 m²·K/W
R_plienas=0.003 m / 48 W/m·K=0.0000625 m²·K/W
Iš viso R_siena=0.00097 m²·K/W

Visas PTFE: R_PTFE=0.003 m / 0,25 W/m·K=0.012 m²·K/W

PTFE vamzdžio sienelės varža yra apytiksliai12 kartų didesnisnei stiklu dengto plieninio vamzdžio, nepaisant to, kad PTFE laidumas vienam storio vienetui yra šiek tiek mažesnis. Stiklu aptraukta plieninė sienelė yra daug laidesnė, nes izoliacinis stiklas yra labai plonas, o plieninė pagrindo dalis yra labai laidi.

Praktiškame šilumokaityje skysčio plėvelės atsparumas abiejose pusėse dažnai yra dominuojantis veiksnys. Tačiau esant tokiems pat skysčio greičiams, stiklu dengtas plieninis vamzdis užtikrins 20–40 % didesnę bendrą U vertę nei panašaus slėgio nominalo PTFE vamzdis.

Realaus pasaulio reikšmė šilumokaičio projektavimui

Stiklo pamušalo plieno pranašumai

Didesnis šiluminis efektyvumas– Sudėtinė sienelė suteikia daugiau šilumos perdavimo ploto vienetui, palyginti su PTFE, todėl šilumokaičio plotas yra mažesnis atliekant tą patį darbą.

Struktūrinis stiprumas– Plieninė atrama atlaiko slėgį, mechanines apkrovas ir šiluminį ciklą, nesliauja ir nesideformuoja. Stikliniai plieniniai vamzdžiai gali būti naudojami esant aukštesniam slėgiui (iki 10–16 barų) ir temperatūrai (iki 200–250 laipsnių) nei PTFE.

Standumas– Tiesius, standžius vamzdžius lengviau valyti mechaniškai, juos galima išdėstyti pagal įprastą korpuso ir vamzdžio geometriją.

Stiklinio plieno apribojimai

Trapumas– Stiklo sluoksnis yra jautrus mechaniniams smūgiams, terminiams smūgiams ir vibracijai. Staigus daugiau nei 100 laipsnių temperatūros pokytis gali įskilti stiklui. Jis negali būti naudojamas lanksčiuose vamzdžių pluoštuose arba ten, kur tikimasi vibracijos.

Gamybos apribojimai– Stikliniai vamzdžiai paprastai yra tiesūs, nesulenkti į ritinius. Flanšai ir jungiamosios detalės turi būti specialiai padengtos stiklu, todėl padidėja sąnaudos.

Patikrinimo reikalavimai– Bet koks stiklo įtrūkimas ar atskilimas pažeidžia pagrindinį plieną, o tai greitai sugenda. Būtinas reguliarus kibirkšties bandymas.

PTFE pranašumai, atsveriantys jo mažesnį laidumą

Nepaisant prastesnio šilumos laidumo, PTFE daugeliu atvejų išlieka pageidaujama medžiaga, nes:

Jis yra visiškai lankstus, todėl vamzdžių ryšuliai gali būti įkišti per mažas angas arba atsparūs vibracijai.

Jis atsparus šiluminiam šokui ir gali būti greitai šildomas ir atvėsinamas.

Jis nepatiria skylučių ar įtrūkimų plitimo; dėl nedidelio defekto korodijančio pagrindo iš karto neatidengia.

Jis yra lengvesnis ir lengviau montuojamas sudėtingose ​​geometrijose.

Stiklas yra plonas, karštas langas; Plienas yra tvirtas, šiltas rėmas

Bendras stiklu dengto plieninio vamzdžio šiluminis efektyvumas priklauso ne tik nuo nedidelio stiklo laidumo. Vietoj to, plonas stiklo sluoksnis veikia kaip santykinai maža šiluminė kliūtis, o storas plieninis pagrindas suteikia mechaninį stiprumą ir veikia kaip efektyvus šilumos skleidėjas. Kompozitas termiškai elgiasi kaip šiek tiek pablogėjęs metalinis vamzdis, o ne kaip plastikinis vamzdis. Pavyzdžiui, 3 mm plieninio vamzdžio su 1 mm stiklo pamušalu šiluminė varža yra tik šiek tiek didesnė nei 3 mm be pamušalo plieninio vamzdžio ir daug mažesnė nei 3 mm PTFE vamzdžio.

Laidumo priklausomybė nuo temperatūros

Tiek stiklo, tiek PTFE šilumos laidumas keičiasi priklausomai nuo temperatūros, tačiau santykinis reitingas nesikeičia:

Stiklas (borosilikatas)– Laidumas labai šiek tiek padidėja nuo maždaug 1,0 W/m·K esant 20 laipsnių temperatūrai iki 1,2 W/m·K esant 200 laipsnių.

Plienas– Laidumas nežymiai mažėja didėjant temperatūrai (pvz., nuo 48 W/m·K esant 20 laipsnių temperatūrai iki 40 W/m·K esant 200 laipsnių).

PTFE– Laidumas išlieka beveik pastovus 0,22–0,25 W/m·K nuo 20 laipsnių iki 150 laipsnių, tada šiek tiek pakyla iki 0,28 W/m·K esant 200 laipsnių.

Taigi, esant aukštesnei temperatūrai, stiklu dengtas plieninis vamzdis išlaiko reikšmingą šiluminį pranašumą prieš PTFE.

Atrankos gairės: kada pasirinkti kurį

Išvada

Stiklo padengtas plieninis vamzdis siūlo terminį patobulinimą, palyginti su PTFE, naudojant specifinius, standžius, aukštos temperatūros įrenginius, tačiau tikrasis jo pranašumas yra unikalus atsparumo korozijai ir konstrukcijos stiprumo derinys, o ne neapdorotas laidumas. Thestiklu padengto plieno vs PTFE vamzdžio šilumos laidumasPalyginimas rodo, kad pats stiklo sluoksnis yra prastas laidininkas (~1 W/m·K), tačiau jo plonumas (0,8–1,5 mm) kartu su labai laidžiu plieniniu pagrindu sukuria bendrą sienos varžą, kuri yra maždaug dešimtoji panašaus slėgio viso PTFE vamzdžio. Tačiau stiklu dengtas vamzdis yra standus, trapus ir negali būti naudojamas lanksčiuose vamzdžių ryšuliuose. Tai yra aukščiausios kokybės pasirinkimas konkrečiai nišai: aukštai temperatūrai, aukštai korozijai, kai kontroliuojamas mechaninis smūgis, o vienas standus vamzdis yra priimtinas -dažnai korpuso ir vamzdelio šilumokaityje. Geriausia medžiaga dažnai yra priešingybių santuoka, o stiklu dengtas plienas yra sėkminga, jei ir nišinė, sąjunga.