เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนพลาสติกได้รับความสนใจอย่างมากในอุตสาหกรรมต่าง ๆ เนื่องจากคุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์ของพวกเขารวมถึงความต้านทานการกัดกร่อน, ต้นทุน - ประสิทธิผลและการออกแบบที่มีน้ำหนักเบา หนึ่งในสิ่งสำคัญที่จะเข้าใจเกี่ยวกับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนพลาสติกคือคุณสมบัติการขยายตัวทางความร้อน เป็นซัพพลายเออร์ของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนพลาสติกฉันสบายดีในคุณสมบัติเหล่านี้และความหมายของพวกเขาสำหรับประสิทธิภาพและการประยุกต์ใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเหล่านี้
พื้นฐานการขยายความร้อน
การขยายตัวทางความร้อนเป็นแนวโน้มของสสารที่จะเปลี่ยนแปลงปริมาตรเพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ เมื่อวัสดุถูกทำให้ร้อนโมเลกุลของมันจะได้รับพลังงานจลน์และเคลื่อนไหวอย่างแรงมากขึ้นทำให้วัสดุขยายตัว ในทางกลับกันเมื่อมันเย็นลงสัญญาวัสดุ ปริมาณของการขยายตัวหรือการหดตัวนั้นมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (CTE) CTE ถูกกำหนดเป็นการเปลี่ยนแปลงความยาวหรือปริมาตรต่อหน่วยการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ
ในทางคณิตศาสตร์สำหรับการขยายเชิงเส้นการเปลี่ยนแปลงความยาว $ \ delta l $ ของวัสดุที่มีความยาวดั้งเดิม $ l_0 $ เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ $ \ delta t $ ได้รับจากสูตร $ \ delta l = l_0 \ alpha \ delta t $, ที่ $ \ alpha $ สำหรับการขยายปริมาตรการเปลี่ยนแปลงของเล่ม $ \ delta v $ ของวัสดุที่มีเล่มดั้งเดิม $ v_0 $ คือ $ \ delta v = v_0 \ beta \ delta t $ โดยที่ $ \ beta $ เป็นค่าสัมประสิทธิ์ปริมาตร ในกรณีส่วนใหญ่ $ \ beta \ ประมาณ 3 \ alpha $ สำหรับวัสดุ isotropic
คุณสมบัติการขยายตัวทางความร้อนของพลาสติก
โดยทั่วไปพลาสติกมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนค่อนข้างสูงเมื่อเทียบกับโลหะและเซรามิก พลาสติกชนิดต่าง ๆ มีค่า CTE ที่แตกต่างกันซึ่งขึ้นอยู่กับโครงสร้างทางเคมีระดับของผลึกและการวางแนวโมเลกุล
พลาสติกอสัณฐาน
พลาสติกอสัณฐานเช่นโพลีคาร์บอเนต (PC) และโพลีไวนิลคลอไรด์ (PVC) มีการจัดเรียงโมเลกุลแบบสุ่ม พวกเขามักจะมีค่า CTE ที่สูงขึ้น ตัวอย่างเช่น cte เชิงเส้นของโพลีคาร์บอเนตอยู่ในช่วงประมาณ $ (65 - 70) \ times10^{ - 6}/^{\ circ} c $ CTE สูงของพลาสติกอสัณฐานเกิดจากการขาดโครงสร้างโมเลกุลปกติซึ่งช่วยให้โมเลกุลเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระมากขึ้นเมื่อถูกความร้อน
พลาสติกกึ่งผลึก
พลาสติกกึ่งผลึกเช่นโพลีเอทิลีน (PE) และโพลีโพรพีลีน (PP) มีทั้งภูมิภาคผลึกและอสัณฐาน ภูมิภาคผลึกให้ความเสถียรของโครงสร้างบางอย่างส่งผลให้ CTE ต่ำกว่าเมื่อเทียบกับพลาสติกอสัณฐานอย่างเต็มที่ ตัวอย่างเช่น CTE เชิงเส้นที่สูง - ความหนาแน่น polyethylene (HDPE) อยู่ที่ประมาณ $ (100 - 200) \ times10^{ - 6}/^{\ circ} c $ และสำหรับโพลีโพรพีลีนประมาณ $ (80 - 100) \ times10^{ - 6}/^
ผลกระทบสำหรับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนพลาสติก
คุณสมบัติการขยายตัวทางความร้อนของพลาสติกมีความหมายที่สำคัญหลายประการสำหรับการออกแบบการทำงานและประสิทธิภาพของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนพลาสติก
ข้อควรพิจารณาในการออกแบบ
เมื่อออกแบบเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนพลาสติกวิศวกรจะต้องคำนึงถึงการขยายตัวทางความร้อนของวัสดุพลาสติก หากตัวแลกเปลี่ยนความร้อนได้รับการแก้ไขอย่างเข้มงวดโดยไม่อนุญาตให้มีการขยายและหดตัวความเครียดภายในที่สำคัญสามารถพัฒนาได้ ความเครียดเหล่านี้สามารถนำไปสู่การเสียรูปการแตกร้าวหรือแม้แต่ความล้มเหลวของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน
เพื่อลดปัญหาเหล่านี้ข้อต่อการขยายตัวหรือการเชื่อมต่อที่ยืดหยุ่นสามารถรวมเข้ากับการออกแบบ ข้อต่อการขยายตัวได้รับการออกแบบมาเพื่อดูดซับการขยายตัวทางความร้อนและการหดตัวของส่วนประกอบพลาสติกลดความเครียดภายใน นอกจากนี้ควรมีการวางแผนเค้าโครงของท่อแลกเปลี่ยนความร้อนและส่วนหัวอย่างรอบคอบเพื่อลดผลกระทบของการขยายตัวทางความร้อนต่อโครงสร้างโดยรวม
ความท้าทายในการดำเนินงาน
ในระหว่างการทำงานความแตกต่างของอุณหภูมิในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนพลาสติกอาจทำให้เกิดการขยายตัวทางความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอ ตัวอย่างเช่นหากด้านของเหลวร้อนของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนมีอุณหภูมิเพิ่มขึ้นอย่างมากในขณะที่ด้านของเหลวเย็นยังคงค่อนข้างเย็นพลาสติกที่ด้านร้อนจะขยายตัวมากกว่าพลาสติกที่ด้านเย็น สิ่งนี้สามารถนำไปสู่การแปรปรวนหรือบิดเบือนของส่วนประกอบเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนซึ่งมีผลต่อการกระจายการไหลและประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อน
เพื่อจัดการกับความท้าทายในการดำเนินงานเหล่านี้การควบคุมอุณหภูมิที่เหมาะสมและการจัดการอัตราการไหลเป็นสิ่งจำเป็น การรักษาความแตกต่างของอุณหภูมิที่ค่อนข้างเสถียรในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนสามารถช่วยลดขนาดของการขยายตัวทางความร้อนและการหดตัว
ประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อน
การขยายตัวทางความร้อนของพลาสติกอาจส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน เมื่อพลาสติกขยายหรือทำสัญญาขนาดของช่องสัญญาณการไหลและพื้นที่สัมผัสระหว่างของเหลวร้อนและเย็นอาจเปลี่ยนไป การเปลี่ยนแปลงในขนาดช่องสัญญาณสามารถเปลี่ยนลักษณะการไหลของของไหลเช่นความเร็วการไหลและหมายเลข Reynolds ในทางกลับกันอาจส่งผลกระทบต่อค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อน
หากการขยายตัวทำให้พื้นที่สัมผัสระหว่างของเหลวร้อนและเย็นลดลงอัตราการถ่ายเทความร้อนโดยรวมจะลดลง ดังนั้นการทำความเข้าใจคุณสมบัติการขยายตัวทางความร้อนของพลาสติกจึงเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนพลาสติก
เปรียบเทียบกับวัสดุแลกเปลี่ยนความร้อนอื่น ๆ
เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนอื่น ๆ เช่นโลหะและตัวแลกเปลี่ยนความร้อนซิลิกอนคาร์ไบด์พลาสติกมีข้อดีและข้อเสียที่แตกต่างกันในแง่ของการขยายตัวทางความร้อน
โลหะ
โดยทั่วไปโลหะจะมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำกว่าเมื่อเทียบกับพลาสติก ตัวอย่างเช่น cte เชิงเส้นของสแตนเลสอยู่ที่ประมาณ $ (10 - 17) \ times10^{ - 6}/^{\ circ} c $ CTE ที่ต่ำกว่านี้หมายความว่าเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนโลหะมีแนวโน้มที่จะมีความผิดปกติและความเครียดที่เกี่ยวข้องกับความเครียดน้อยลงเนื่องจากการขยายตัวทางความร้อน อย่างไรก็ตามโลหะมีความอ่อนไหวต่อการกัดกร่อนในหลาย ๆ สภาพแวดล้อมซึ่งเป็นที่ที่เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนพลาสติกมีข้อได้เปรียบที่สำคัญ
ซิลิกอนคาร์ไบด์
ซิลิคอนคาร์ไบด์เป็นวัสดุเซรามิกที่มีค่าการนำความร้อนที่ยอดเยี่ยมและ CTE ค่อนข้างต่ำ cte เชิงเส้นของซิลิกอนคาร์ไบด์อยู่ที่ประมาณ $ (4 - 5) \ times10^{ - 6}/^{\ circ} c $ ในขณะที่เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนซิลิกอนคาร์ไบด์สามารถทนต่ออุณหภูมิสูงและมีความต้านทานต่อสารเคมีที่ดีพวกเขามักจะมีราคาแพงกว่าและยากต่อการผลิตเมื่อเทียบกับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนพลาสติก
แอปพลิเคชันและความเหมาะสม
คุณสมบัติการขยายตัวทางความร้อนของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนพลาสติกทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานบางอย่าง
สภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อน
หนึ่งในการใช้งานหลักของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนพลาสติกอยู่ในสภาพแวดล้อมที่มีการกัดกร่อน เนื่องจากพลาสติกมีความทนทานต่อการกัดกร่อนสูงจึงสามารถใช้ในการจัดการสารเคมีที่ก้าวร้าวเช่นกรดอัลคาลิสและเกลือ ตัวอย่างเช่นในอุตสาหกรรมการประมวลผลทางเคมีการกัดกร่อน - เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนพิสูจน์ทำจากพลาสติกมักใช้ในการถ่ายโอนความร้อนระหว่างของเหลวกัดกร่อนโดยไม่มีความเสี่ยงของการย่อยสลายของวัสดุ
แอปพลิเคชันต่ำ - ถึง - ปานกลาง
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนพลาสติกเหมาะสำหรับการใช้งานอุณหภูมิต่ำถึงต่ำ CTE ที่ค่อนข้างสูง จำกัด การใช้งานในสภาพแวดล้อมที่อุณหภูมิสูงซึ่งการขยายตัวทางความร้อนอาจทำให้เกิดปัญหาโครงสร้างที่สำคัญ อย่างไรก็ตามในการใช้งานที่ช่วงอุณหภูมิอยู่ระหว่างสภาพแวดล้อมและประมาณ 100 - 150 ° C เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนพลาสติกสามารถให้วิธีแก้ปัญหาที่มีประสิทธิภาพและมีประสิทธิภาพ
บทสรุป
คุณสมบัติการขยายตัวทางความร้อนของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนพลาสติกเป็นปัจจัยสำคัญที่ต้องพิจารณาในการออกแบบการดำเนินงานและการประยุกต์ใช้ ในขณะที่พลาสติกมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนค่อนข้างสูงเมื่อเทียบกับโลหะและเซรามิกสามารถใช้กลยุทธ์การออกแบบและการปฏิบัติงานที่เหมาะสมเพื่อลดผลกระทบด้านลบของการขยายตัวทางความร้อน
ในฐานะซัพพลายเออร์ของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนพลาสติกเราเข้าใจถึงความสำคัญของคุณสมบัติเหล่านี้และเสนอโซลูชั่นที่กำหนดเองเพื่อตอบสนองความต้องการเฉพาะของลูกค้าของเรา ทีมผู้เชี่ยวชาญของเราสามารถช่วยในการเลือกวัสดุพลาสติกที่เหมาะสมออกแบบเค้าโครงเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนและให้การสนับสนุนด้านเทคนิคเพื่อประสิทธิภาพที่ดีที่สุด
หากคุณมีความสนใจในการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนพลาสติกของเราหรือมีข้อกำหนดเฉพาะสำหรับแอปพลิเคชันของคุณเราขอแนะนำให้คุณติดต่อเราสำหรับการอภิปรายโดยละเอียด เรามุ่งมั่นที่จะให้บริการผลิตภัณฑ์ที่มีคุณภาพสูงและบริการที่ยอดเยี่ยมเพื่อช่วยให้คุณบรรลุเป้าหมายการถ่ายเทความร้อน
การอ้างอิง
- Incropera, FP, & Dewitt, DP (2002) พื้นฐานของความร้อนและการถ่ายโอนมวล John Wiley & Sons
- Schowalter, WR (1978) กลไกของของเหลวที่ไม่ใช่ - นิวตัน Pergamon Press
- Strong, AB (2008) พลาสติก: วัสดุและการประมวลผล Pearson Prentice Hall