Y Broblem Graddio Gypswm
Mae graddio calsiwm sylffad yn plagio cyfnewidwyr gwres mewn mwyngloddio, prosesu mwynau, a thrin dŵr gwastraff diwydiannol. Mae gan gypswm hydoddedd gwrthdro-mae'n gwaddodi'n haws wrth i'r tymheredd gynyddu. Yr wyneb poethaf yn y system, wal tiwb y cyfnewidydd gwres, yw'r safle a ffefrir ar gyfer cnewyllo a thwf grisial.
Mae dealltwriaeth gonfensiynol yn priodoli ymwrthedd graddio PTFE i'w egni arwyneb isel. Mae crisialau calsiwm sylffad yn cnewyllo'n llai rhwydd ar yr wyneb fflworopolymer nad yw'n glynu nag ar ocsidau metel ynni uchel. Mae'r esboniad hwn yn gywir ond yn anghyflawn. Mae ail fecanwaith, sy'n ymwneud ag ymddygiad haen ffin thermol, yn cyfrannu'n gyfartal at y gwahaniaeth mewn cyfraddau graddio rhwng arwynebau metel a PTFE.
Mecanwaith Deuol Ffurfiant Graddfa
Mae ffurfio graddfa ar arwyneb trosglwyddo gwres yn cynnwys dau gam dilyniannol. Yn gyntaf, rhaid i ïonau toddedig wasgaru trwy'r haen ffin thermol i gyrraedd yr wyneb. Yn ail, unwaith ar yr wyneb, rhaid i ïonau gnewyllo a thyfu'n grisialau ymlynol.
Mae'r haen ffin thermol yn ffilm hylif llonydd neu sy'n symud yn araf ger wal y tiwb. Mae ei drwch yn dibynnu ar gyflymder hylif, diamedr tiwb, a phriodweddau hylif. O fewn yr haen hon, mae gwres yn trosglwyddo trwy ddargludiad, gan greu graddiant tymheredd o'r tymheredd hylif swmp i'r tymheredd wal poethach.
Ar gyfer graddio gypswm, mae'r graddiant tymheredd o fewn yr haen ffin yn hollbwysig. Mae hydoddedd calsiwm sylffad yn gostwng gyda thymheredd cynyddol. Mae'r hylif ar y rhyngwyneb wal yn boethach na'r hylif swmp, felly mae'n fwy dirlawn o ran gypswm. Mae graddau'r gorddirlawnder ar y wal yn pennu'r grym gyrru ar gyfer crisialu.
Tabl 1: Haen Ffiniau a Pharamedrau Graddio ar gyfer Arwynebau Metel yn erbyn PTFE (Gypsum-Atodiad Dirlawn, Swmp 60 gradd, Wal 80 gradd)
| Paramedr | Dur Di-staen | Titaniwm | PTFE |
|---|---|---|---|
| Egni wyneb (mN/m) | 40-50 | 35-45 | 18-20 |
| Dargludedd thermol (W/m·K) | 16 | 22 | 0.25 |
| Gostyngiad tymheredd ar draws wal y tiwb ( gradd ) | < 1 | < 1 | 8-12 |
| Gwir dymheredd arwyneb wal ( gradd ) | ~80 | ~80 | 68-72 |
| Cymhareb gorddirlawnder gypswm ar wyneb y wal | 3.5-4.0× | 3.5-4.0× | 2.0-2.5× |
| Cyfradd niwclear (cymharol) | 1.0 (gwaelodlin) | 0.9 | 0.2-0.3 |
| Cryfder adlyniad blaendal (cymharol) | 1.0 (gwaelodlin) | 0.8 | 0.1-0.2 |
Mantais Tymheredd Wal PTFE
Mae dargludedd thermol isel PTFE, sy'n cael ei ystyried yn anfantais fel arfer, yn darparu budd annisgwyl o ran graddio{0}}gwasanaeth. Mae'r graddiant tymheredd ar draws wal y tiwb PTFE yn sylweddol-yn nodweddiadol 8{-12 gradd ar gyfer coil wedi'i gynhesu ag ager. Mae wyneb y tiwb allanol mewn cysylltiad â hylif y broses yn sylweddol oerach na'r tymheredd stêm y tu mewn.
Mae gan diwb metel ag ymwrthedd wal ddibwys dymheredd arwyneb allanol bron yn gyfartal â'r tymheredd stêm mewnol. Os yw stêm ar 3 barg (143 gradd) yn gwresogi hylif y broses i 60 gradd, gallai arwyneb allanol y tiwb metel fod yn 80 gradd. Gallai arwyneb allanol y tiwb PTFE o dan yr un amodau fod yn 68-72 gradd.
Mae'r gwahaniaeth 10 gradd hwn yn lleihau'r gorddirlawnder gypswm ar wyneb y wal. Gan fod cyfradd cnewyllol yn dibynnu'n esbonyddol ar or-dirlawnder, mae'r arwyneb PTFE oerach yn gyrru ffurfiant grisial ar ffracsiwn o'r gyfradd ar yr arwyneb metel poethach.
Mae'r effaith yn cyfansoddi. Mae llai o gnewyllyn yn golygu llai o raddfa. Mae llai o raddfa yn golygu nad yw tymheredd arwyneb PTFE yn codi ymhellach wrth i haen o raddfa inswleiddio adeiladu. Mae'r arwyneb metel, sy'n cronni graddfa'n gyflymach, yn gweld tymheredd ei wal yn codi wrth i'r raddfa ei insiwleiddio, gan gynyddu'r gorddirlawnder ymhellach a chyflymu'r raddfa mewn dolen adborth ddinistriol.
Ynni Arwyneb: Yr Ail Ffactor
Mae egni arwyneb isel PTFE yn darparu'r ail amddiffyniad graddio. Hyd yn oed pan fydd crisialau'n cnewyllo ger yr wyneb PTFE, maent yn glynu'n wan. Mae'r bond rhyng-wyneb rhwng grisial gypswm hydroffilig a'r wyneb fflworopolymer hydroffobig yn wan. Mae cneifio hylif o lif arferol yn gollwng crisialau eginol cyn iddynt dyfu'n ddigon mawr i ffurfio haen raddfa gydlynol.
Mae arwynebau metel ocsid, gydag egni arwyneb uchel a digonedd o grwpiau hydroxyl, yn ffurfio bondiau cryf â chrisialau calsiwm sylffad. Unwaith y bydd monolayer o gypswm yn cnewyllo ar y metel, mae twf crisial dilynol yn digwydd ar yr haen gypswm bresennol. Mae'r fantais ynni arwyneb o ddechrau ar wyneb metel glân yn cael ei golli ar unwaith.
Effaith Gyfunol mewn Gwasanaeth Diwydiannol
Mae'r cyfuniad o dymheredd wal wir is ac ynni arwyneb is yn rhoi ymwrthedd graddio i PTFE y mae profiad maes yn ei gadarnhau. Mewn toddiannau dirlawn gypswm lle mae angen diraddio coiliau dur di-staen bob 4-8 wythnos, mae coiliau PTFE yn gweithredu am 6-12 mis neu fwy heb groniad ar raddfa sylweddol. Mae'r mecanwaith deuol yn esbonio pam mae PTFE yn perfformio'n well na'r ddadl ynni isel yn unig y byddai'n ei rhagweld.
Crynodeb
Mae arwynebau cyfnewidydd gwres PTFE yn gwrthsefyll graddio gypswm trwy ddau fecanwaith: gwir dymheredd wal oerach o'r graddiant thermol ar draws wal y tiwb dargludedd isel, gan leihau gorddirlawnder a grym gyrru cnewyllol; ac ynni arwyneb isel sy'n atal adlyniad cryf o unrhyw grisialau sy'n ffurfio. Mae arwynebau metel yn dioddef o dymheredd wal uwch yn gyrru cnewyllyn cyflymach ac egni wyneb uwch yn rhwymo crisialau yn dynn.
Mae'r effaith gyfunol yn cynhyrchu cyfraddau graddio ar fetel sy'n fwy na'r rhai ar PTFE gan ffactor o 3-5 neu fwy. Mae anfantais dargludedd thermol PTFE yn dod yn fantais wrth-raddoli mewn gwasanaeth dirlawn gypswm.
Mae dadansoddiad peirianneg ar gyfer ymwrthedd graddio cyfnewidydd gwres PTFE mewn datrysiadau graddio penodol-ar gael wrth gyflwyno cemeg datrysiad, tymereddau gweithredu, data cyfradd graddio cyfredol, a hanes amlder glanhau.
