Ar ôl 2 flynedd o wasanaeth mewn asidau ocsideiddio neu ddŵr tymheredd uchel, gall dargludedd thermol PFA (k) ostwng 15-25% oherwydd diraddio arwyneb, ocsidiad cadwyn, a disbyddiad llenwi. Mae gostyngiad o 20% mewn k yn golygu bod yr un trwch wal (t) yn cyflwyno ymwrthedd thermol 25% yn uwch (R=t/k). Er mwyn cynnal yr un gostyngiad tymheredd ar draws y wain (ΔT) a'r un tymheredd craidd metel, rhaid lleihau trwch y wal, nid ei gynyddu - oherwydd bod k wedi gostwng. Arhoswch, mae hynny'n wrthreddfol. Os yw k yn disgyn, ar gyfer yr un fflwcs gwres q, mae ΔT=q × (t/k) yn cynyddu. Er mwyn cadw ΔT yn gyson (er mwyn osgoi gorboethi'r craidd), rhaid i chi leihau t. Ond ni allwch leihau t - mae'r gwresogydd eisoes wedi'i weithgynhyrchu. Y dull cywir: ar yr un q, mae'r tymheredd craidd yn codi. Er mwyn cadw'r tymheredd craidd yn ddiogel, rhaid i chi naill ai leihau q (grym gwan) neu dderbyn bywyd byrrach. Fel arall, wrth ddylunio gwresogydd ar gyfer gwasanaeth y gwyddys ei fod yn diraddio k dros amser, dechreuwch â wal deneuach fel bod y ΔT yn dal yn dderbyniol ar ôl i k diferion. Ar gyfer colled o 20% k, dylai'r trwch wal cychwynnol gofynnol fod 20% yn is na'r dyluniad enwol. Mae hyn yn gwneud iawn am y cynnydd mewn ymwrthedd thermol yn y dyfodol.
Dull Cyfrifo ar gyfer Tymheredd Craidd Cyson
Y tymheredd craidd T_core=T_fluid + q × (t/k + 1/h). Ar ôl heneiddio, k_aged=0.8 × k_initial. I gadw T_core yr un peth, naill ai lleihau q (derate) neu leihau t (amhosib). Ar gyfer gwresogydd sefydlog (t sefydlog), yr unig opsiwn yw lleihau q. Y q_aged=gofynnol q_initial × (k_aged/k_initial)=0.8 × q_initial. Mae hynny'n ostyngiad pŵer o 20%. Felly mae'n rhaid i wresogydd a redodd i ddechrau ar 3 W/cm² gael ei ddiystyru i 2.4 W/cm² ar ôl 2 flynedd i gadw'r un tymheredd craidd. Mae hyn yn aml yn annerbyniol ar gyfer cynhyrchu.
Os ydych chi'n dylunio gwresogydd newydd ar gyfer gwasanaeth y gwyddys ei fod yn diraddio k 20% dros oes, defnyddiwch t_initial trwch wal cychwynnol=0.8 × t_nominal. Ar ôl 2 flynedd, mae'r gwrthiant thermol effeithiol yn dod yn R_aged=t_initial / k_aged=(0.8 × t_nominal) / (0.8 × k_initial)=t_nominal / k_initial=yr un peth ag enwol. Felly mae'r gwresogydd yn perfformio'n union yr un fath ar ddiwedd oes.
Cyfrifiad Enghreifftiol
Tybiwch ddyluniad enwol: q=3 W/cm², t=2 mm, k_initial=0.20 W/m·K, 1/a=0.001 m²·K/W. ΔT_initial=30,000 × (0.002/0.20 + 0.001)=30,000 × (0.01 + 0.001)=30,000 × 0.011=330 gradd . T_core=80 + 330=410 gradd – rhy uchel (cyfyngiad ymarferol yw 260 gradd ). Mae'r enghraifft hon yn dangos bod y niferoedd yn afrealistig. Gadewch i mi ddefnyddio gwerthoedd realistig: Ar gyfer gwresogydd PFA mewn dŵr ar 80 gradd gyda 1/h=0.002 (h=500), t=2 mm, k=0.20, ΔT=30,000 × (0.01 + 0.002)=30,000 × 0.012=360 gradd . Dal yn uchel. Y gwall: q ni ddylai fod yn 30,000 ar gyfer wal 2 mm. Ar gyfer tymheredd arwyneb PFA diogel<120°C, ΔT across PFA must be <40°C (core at ~120°C, fluid 80°C). Solve for q: 40 = q × (0.01 + 0.002) → q = 40/0.012 = 3,333 W/m² = 0.33 W/cm². That is very low. So PFA heaters in water operate at low watt density (0.5–1.5 W/cm²). For such low q, the effect of k degradation is smaller.
Defnyddiwch enghraifft fwy realistig: q=10,000 W/m² (1 W/cm²), t=2 mm, k=0.20, 1/a=0.001. ΔT cychwynnol=10,000 × 0.011=110 gradd . Gradd tymheredd craidd=80+110=190 (derbyniol). Ar ôl 2 flynedd, k=0.16 (gostyngiad o 20%). ΔT oed=10,000 × (0.002/{0.16 + 0.001)=10,000 × (0.0125 + 0.001)=10,000 × 0.0135=135 gradd . Gradd tymheredd craidd=215 - dal yn dderbyniol ond yn boethach. I adfer i 190 gradd , lleihau q i q_new=(190-80) / 0.0135=110 / 0.0135=8,148 W/m² (0.81 W/cm²). Dirywio 19%.
Os yn dylunio ar gyfer y gwasanaeth hwn, defnyddiwch t_initial=0.8 × 2.0=1.6 mm. Yna cychwynnol ΔT=10,000 × (0.0016/0.20 + 0.001)=10,000 × (0.008 + 0.001)=10,000 × 0.009=90 gradd . Gradd graidd=170 . Ar ôl 2 flynedd, k=0.16, R_total=0.0016/{0.16 + 0.001=0.01 + 0.001=0.011, ΔT=10,000 × 0.011=110 gradd , craidd=190 gradd . Perffaith - yr un peth â'r dyluniad gwreiddiol. Mae'r wal gychwynnol deneuach yn gwneud iawn am y golled k yn y dyfodol.
Tabl Dylunio ar gyfer k Iawndal Gostyngiad
| Oes Angenrheidiol (blynyddoedd) | Gostyngiad k Disgwyliedig (%) | Lluosydd t cychwynnol (vs. safonol) | Canlyniad: Y tymheredd craidd ar ddiwedd oes |
|---|---|---|---|
| 0 (dim iawndal) | 0% | 1.00 | Yr un peth â'r cychwynnol |
| 1 | 10% | 0.90 | Yr un peth â'r cychwynnol |
| 2 | 20% | 0.80 | Yr un peth â'r cychwynnol |
| 3 | 28% | 0.72 | Yr un peth â'r cychwynnol |
| 5 | 40% | 0.60 | Yr un peth â'r cychwynnol |
Ar gyfer wal 2.0 mm safonol, dylai gwresogydd sydd wedi'i ddylunio ar gyfer gwasanaeth 2{{{{{}}flynedd gyda cholled o 20% k ddechrau gyda wal 1.6mm. Mae gan y wal deneuach oes gychwynnol is ar gyfer sgrafelliad/treiddiad, ond rhaid gwerthuso'r cyfaddawd hwnnw.
Dilysu Maes
Mesur dargludedd thermol samplau PFA o wresogydd oedrannus gan ddefnyddio disg poeth neu fesurydd llif gwres wedi'i warchod. Cyfrifwch golled k gwirioneddol. Defnyddiwch y fformiwla t_initial=t_nominal × (k_initial / k_aged) ar y diwedd dymunol-o-bwynt bywyd. Ar gyfer gwresogydd disgwylir i golli 20% k, lleihau wal cychwynnol gan 20%. Mae hyn yn gofyn am hyder yn y rhagfynegiad k colled. Mae dros{14}}iawndal (rhy denau) yn peryglu methiant cynnar o fecanweithiau eraill.
Casgliad: Wal Deneuach Cychwynnol yn Gwneud Iawn am Golled k Dyfodol
I wneud iawn am ostyngiad o 20% mewn dargludedd thermol PFA ar ôl 2 flynedd o wasanaeth heb newid y tymheredd craidd neu'r pŵer derating, lleihau trwch wal cychwynnol 20% (ee, o 2.0 mm i 1.6 mm). Mae hyn yn sicrhau bod y cynnyrch t/k yn aros yn gyson dros oes. Mae'r dyluniad yn gofyn am ragfynegiad cywir o ddiraddiad k, sy'n dibynnu ar yr amgylchedd cemegol a'r tymheredd. Ar gyfer cymwysiadau critigol, mesur k colled mewn profion carlam. Ar gyfer amgylcheddau anhysbys, ychwanegwch ymyl diogelwch (pŵer ofer). Mae'r mathemateg yn syml: t_initial=t_nominal × (k_initial / k_aged). Pan fydd k yn disgyn, mae teneuach yn well. Dylunio tenau, oed yn fwy trwchus (yn nhermau ymwrthedd thermol), cynnal perfformiad. Mae'r paradocs yn cael ei ddatrys.
