Kā izmērīt efektīvu siltumvadītspēju PFA sildītājam, kas pārklāts ar plānu augstas{0}}temperatūras silikona slāni?

PFA sildītāji agresīvās ķīmiskās vidēs dažkārt tiek pārklāti ar plānu kārtiņu (0,2-1,0 mm) augstas temperatūras silikona gumijas, lai nodrošinātu papildu aizsardzību pret koroziju vai pretapaugšanas īpašībām. Silikona slānis uzlabo siltuma pretestību, samazinot kopējo siltuma caurlaidību. Lai pareizi izmērītu sildītāju, ir jānosaka kompozītmateriāla apvalka (PFA + silikons) efektīvā siltumvadītspēja k eff. Vispraktiskākā metodoloģija ir līdzsvara stāvokļa salīdzinošā metode, ar kuru mēra temperatūras kritumu pāri pārklātajam apvalkam pie zināmas siltuma plūsmas [ . Tipiskam pārklājumam (0,5 mm silikons, k~0,25 W/mK) uz PFA (2 mm, k~0,20 W/mK) efektīvā siltumvadītspēja ir 0,21-0,22 W/mK — tikai par 5–10% zemāka nekā tikai PFA, jo silikona slānis ir plāns. Tomēr, ja silikons absorbē ūdeni vai uzbriest, k_eff var būt no 0,15 līdz 0,18 W/m·K. Pārklāto sildītāju parastos in situ mērījumus vēlams veikt ar virsmas termopāriem.

Mērīšanas princips
Efektīvā siltumvadītspēja k_eff tiek aprēķināta, izmantojot Furjē likumu: k_eff=q × t_total / ΔT kur q ir siltuma plūsma (W/m^2), t_total ir kopējais biezums (PFA + silikons, m) un ΔT ir temperatūras izmaiņas visā kompozītmateriālā slānī (grāds ). Sildītājam, kas darbojas līdzsvara stāvoklī ar zināmu jaudu, q=P/A, kur P ir elektriskā jauda vatos un A ir sildītāja virsmas laukums kvadrātmetros. Šī vērtība tiek koriģēta attiecībā uz efektivitāti, kas parasti ir no 0,90 līdz 0,95. ΔT tiek uzraudzīts, izmantojot termopārus, kas piestiprināti pie silikona ārējās virsmas (T_outer) un iestrādāti PFA{13}}metāla kontaktā (T_inner) ražošanas laikā. Varat arī veikt atpakaļ-aprēķinus, izmantojot atsauces sildītāju, zinot .

In-situ tehnika bez sensora iegulšanas:

Uzstādiet divus viena veida sildītājus, vienu ar silikona pārklājumu, otru bez (atsauces sildītājs).

Darbiniet abus vienā šķidrumā, ar tādu pašu jaudu un plūsmu.

Izmēriet temperatūru uz abu ārējo virsmu (T_coated, T_uncoated).

Aprēķiniet PFA iekšējās virsmas temperatūru nepārklātam sildītājam: T_inner_uncoated=T_uncoated + q × (t_PFA/k_PFA).

Pieņemsim, ka T_inner ir identisks sildītājam ar pārklājumu (tāda pati temperatūra).

Tad ΔT_coated=T_inner – T_coated. k_eff=q × (t_PFA + t_silikons) / ΔT_pārklāts.

Nepieciešamais aprīkojums
Funkciju komponentu specifikācija
Termopāris, tips K, smalka stieple (0,25 mm), precizitāte +0.5 grādi. Mērīt temperatūru uz virsmas
Termiskā pasta, kas nesatur silikonu ar augstu vadītspēju (piemēram, bora nitrīdu) Nodrošina lielisku termopāra kontaktu.
Jaudas mērītājs ±1% precizitāteElektriskās jaudas mērīšana
Suporti ±0,01 mm Pārklājuma biezuma mērīšana
IR kamera (pēc izvēles) ±2 grādi vai labāka Pārbaudiet nemainīgu virsmas temperatūru
Datu reģistrētājs Daudz{0}}kanālu, paraugu ņemšanas frekvence 1 Hz Temperatūras ierakstīšana
Tipisku konfigurāciju mērījumu rezultāti
PFA Biezums (mm) Silikona Biezums (mm) Silikona tips k_PFA (W/m·K) k_silikons (W/m·K) Aprēķinātais k eff (W/mK) Izmērītā k eff (W/m. K) (stacionārais stāvoklis) Kļūda (%) 2.0 0 N/A (faktiskais) 0.02.0.2. (atsauce) 0% 2.0 0.3 Vispārējs pielietojums (RTV) 0.20 0.22 0.202 0.205 1.5% 2.0 0.5 Vispārējs pielietojums 0.20 0.22 0.205 0.208 1.5% 2.0 1.0 Vispārējs pielietojums 0.20 0.22 0.209 0.215 2.9% 2.0 0.5 Termiski vadošs (piepildīts) 0.20 0.60 0.228 0.230 0.9% 1.5 0.5 Vispārējs pielietojums 0.20 0.22 0.207 0.210 1.4}% 0.20 0.22 0.207 0.210 1.4}% {{19}ūdeni absorbējošs 0.20 0.12 0.171 0.168 1.8% 2.0 0.5 Novecots silikons (200 grādi, 1000 h) 0.20 0.18 0.197 0.195 1.0%
Analīze. Novērotais k-eff labi saskan ar prognozēto sērijas pretestības modeli: 1/k-eff=(t_PFA/k_PFA + t_silicone/k_silicone) / t_kopā. 2,0 mm PFA + 0.5 mm silikonam (vispārējs pielietojums) 1/k eff=(0,002/0.20 + 0.0005/0,22)/0.0025=(0.01 + 0.00227)/0.0025=0.01227/0.0025=4.91 Tādējādi k eff=0.204} W./m 3 centi, W./m

Measurement Protocol{0}}Soli pa solim
Laboratorijas mērījumi:

Tiek sagatavots testa paraugs; plakana plāksne vai sildītājs ar iestrādātu termopāri PFA{0}}metāla kontaktā.

pārklāj ar kontrolēta biezuma silikonu

Uzstādiet paraugu apsargātā sildvirsmas iekārtā (ASTM E1530) vai kontrolētas temperatūras vannā ar zināmu siltuma plūsmu.

Zināmā siltuma plūsma (10 000–50 000 W/m 2 )

Izmēriet līdzsvara stāvokļa temperatūru (ārējo virsmu un iekšējo virsmu).

Aprēķiniet k_eff saskaņā ar Furjē likumu.

Pakalpojuma-mērīšanai (laukā, bez iebūvēta-sensora):

Līdzsvara stāvoklis (temperatūras maiņa).<0.5 °C in 30 min).

Izmēriet pārklātā sildītāja ārējās virsmas temperatūru 3-5 vietās (termopāri ar termopastu un lenti).

Izmēriet plūsmas ātrumu un šķidruma temperatūru.

Aprēķināt siltuma plūsmu no elektriskās ieejas (mērījums V, I, jaudas koeficients)

Lai novērtētu iekšējās virsmas temperatūru, var izmantot ražotāja datus par kodola temperatūru un vatu blīvumu vai nepārklātu atsauces sildītāju.

Aprēķiniet k_eff ar ΔT novērtējumu.

Silikona pārklājumu praktiskie aspekti
Silikonam ir no temperatūras{0}}atkarīga siltumvadītspēja, kas novecojot pasliktinās. 200 grādos k_silicone var samazināties par 20–30% pēc 1000 stundām šķērssavienojuma un pildvielas nolietošanās dēļ. Ūdens absorbcija (0,5–2% no svara) samazina k_silicone no 0,22 līdz 0,12–0,15 W/m·K. Izmēriet k_eff reizi ceturksnī sildītājiem mitrā vai kondensējošā vidē.

Ja izmērītā vērtība $k_{eff}$ ir par 15% vai vairāk zem paredzētās vērtības, apsveriet:

- Silikona pārklājuma noņemšana (lobīšana vai šķīdinātāja noņemšana), ja tas nav nepieciešams.

Sildītājs aizstāts ar siltumvadošu silikonu (pildīts ar Al_2O_3 vai BN, k aptuveni 0,6-1,0 W/m·K).

Palieliniet sildītāja virsmas laukumu, lai kompensētu zemāku siltuma pārnesi.

Lauka piemērs
Ķīmiskā rūpnīca pārklāja PFA sildītājus ar 0,7 mm RTV silikonu, kas nodrošina pret-apaugšanu polimēra šķīdumā. Iekārta mērīja k_eff ar atsauces sildītāja metodi un ieguva 0,17 W/m·K, salīdzinot ar paredzamo vērtību 0,20 W/m·K (par 15% mazāku). Zemākā k rezultātā sildītāji bija par 8–10 grādiem karstāki ar tādu pašu jaudu, kas izraisīja ātrāku polimēru piesārņojumu. Iekārta tika modernizēta uz siltumvadošu silikonu (k ~ 0,65 W/mK), un tā mērīja k_eff=0.235 W/mK — nedaudz labāk nekā tikai PFA. Līdz minimumam tika samazināts piesārņojums, un sildītāja kalpošanas laiks tika dubultots.

Secinājums: izmērītais k_eff ±3% robežās no sērijas modeļa plāniem silikona pārklājumiem
PFA sildītāja efektīvo siltumvadītspēju, kas pārklāts ar plānu (0,2–1,0 mm) augstas temperatūras silikona kārtu, var precīzi noteikt, izmantojot līdzsvara stāvokļa salīdzināšanas metodes, izmantojot virsmas termopārus un atsauces sildītāju. Vispārējam -nolūka silikonam (k=0.22 W/m·K) un standarta PFA (k ≈ 0,20 W/m·K) k_eff ir 5% robežās no k_PFA pārklājumiem.<0.5 mm. Thicker coatings or aged/swollen silicone could decrease k_eff by 10–30% and the design has to be modified consequently. Degradation detected with regular in-situ measurement and maintenance (quarterly or annual). A few thermocouples and an hour of measuring time can avoid undersized heaters or unanticipated fouling. Measure k_eff, obtain the actual thermal resistance, design with confidence. The coating might aid chemistry but hurt heat transfer. Assess the pain. Then choose.