Коефициентът на топлопреминаване на PFA нагревателя влошава ли се по-бързо, ако повърхността има микроскопични драскотини от четки за почистване?

Микроскопични драскотини по повърхността на PFA нагревателя (напр. от нормално почистване с найлонови четки, абразивни тампони или дори хартиени кърпи) могат да ускорят влошаването на коефициента на топлопреминаване. Драскотините подобряват грапавостта на повърхността (Ra) и следователно променят динамиката на флуида на границата между полимер и течност. В повечето течности по-грапавата повърхност повишава коефициента на конвективен топлопренос (h) чрез генериране на турбулентност и нарушаване на термичния граничен слой. Но при-склонна към замърсяване услуга въздействието е обърнато за PFA. Драскотините улавят частици, котлен камък и биологична материя и ускоряват образуването на отлагания. Отложеният материал (нагар, биофилм или слой замърсяване) има по-лоша топлопроводимост (0,2–1,0 W/m·K) от PFA (0,20 W/m·K), добавяйки топлинна устойчивост. За 1000–5000 часа надрасканата повърхност може да придобие 2–5 пъти по-дебели отлагания от гладката повърхност, което води до 15–30% по-голямо намаление на общия коефициент на топлопреминаване в сравнение с ненадрасканата повърхност в същата среда. Ожулванията сами по себе си не намаляват директно потока топлина. Това са отлаганията, които те улавят.

Грапавост на повърхността и подобряване на замърсяването
Коефициентът на топлопреминаване от PFA нагревател към течност се изразява чрез h=Nu × k_fluid / D, където Nu е числото на Нуселт. За гладка повърхност (Ra < 0,2 µm), числото на Нуселт зависи от режима на потока и характеристиките на течността. Въвеждането на драскотини (Ra=0.5–2,0 µm) води до незначително увеличение на Nu с 5–15% поради засилената турбулентност, което би улеснило преноса на топлина. При обслужване на замърсяване обаче (твърда вода, биологичен растеж или кристализиращи разтвори) драскотините действат като места на зараждане и точки на закрепване. Калциевият карбонат има тенденция да се утаява в драскотини и по този начин води до образуването на жилави отлагания, които са по-трудни за отстраняване. Бактериите намират подслон в пукнатините. Биофилмът прилепва по-добре към надрасканата повърхност. Когато се образува депозит, термичното съпротивление на депозита (t_scale/k_scale) се добавя към общото съпротивление. Ако слоят мащаб е с дебелина 0,1 mm и k=0.8 W/mK R_scale=0.000125 m2.K/W. Това е същото като добавяне на 0,625 mm PFA (защото R_PFA=t/0,20, следователно t=R x 0.20=0.000125 x 0.20=0.000025 m=0.025 mm? Това не звучи добре. Нека си припомня R_scale=0.0001 / 0.8=0.000125 за PFA За получаване на подобни R t=0.000125 x 0.20=0.000025 mm. Това означава, че мащабирането едва ли има значение. Проблемът е, че в действителност мащабът е значително по-дебел от 0,5-2,0 mm. R_scale 0.8=0.00125. еквивалентна дебелина на PFA=0.00125*0.20=0.00025 m=0.25 mm. Надрасканата повърхност се лющи по-бързо, достига 1 mm по-рано.

Истинският ефект е времето за достигане на критично измерение на дебелината. Надрасканата повърхност може да стане с 1 мм за 3 месеца. Гладка повърхност 6-9 месеца. Така коефициентът на топлопреминаване на надраскания нагревател намалява по-бързо с времето.

Ускорен спад на общите услуги
Експлоатационна среда Състояние на повърхността (Ra, µm) Време до 0,5 mm котлен камък/замърсяване (hr) Коефициент на топлопреминаване (W/m2K, спрямо чистота) при 0,5 mm мащаб Чистота, срещу намаляване ДОПЪЛНИТЕЛНО НАМАЛЕНИЕ ИЛИ ГЛАДКА ПОВЪРХНОСТ
Твърда вода (300 ppm CaCO3, 70 градуса) Гладка (0,1) 3,000 1,200 40% контрол
Същото като по-горе, надраскано от твърда вода (0,8) 1,500 1,000 50% Допълнително 10%
Твърда вода (същата като) Надраскана (1,5) 800 850 58% 18% допълнително
Биологичен растеж (охладителна кула, 35 градуса) Плавен (0,1) 5,000 1,500 25% база
Биологичен растеж Надраскан (1.0) 2000 1200 40 % 15 % допълнително
Кристализация на солен разтвор (Na₂SO₄, 50 градуса) Гладка (0,1) 2,000 1,000 50% основа
Надраскан (1.0) Кристализираща сол 800 700 65% 15% допълнително
Чиста вода (без замърсяване) Всякакви (драскотините не засягат h) Без замърсяване Същото 0% 0%
Практически изводи за процесите на почистване
Избягвайте драскотини в процеса на почистване, за да не се влоши още повече преносът на топлина. Използвайте меки материали: чистачки от силиконов каучук, микрофибърни кърпи или меки найлонови четки с косъмчета<0.1 mm in diameter. Please do not use:

Steel wool or metal brushes (causing severe scratches, >10 µm дълбочина)

Абразивни тампони (Scotch-Brite, шкурка) – постоянна грапавост

Водни струи под високо налягане (PFA могат да бъдат ерозирани от тях. вижте статия #72)

Скрепери или стъргалки

If the PFA surface is already visibly scratched, evaluate the depth with a profilometer or simply with a fingernail test (a scratch that catches your nail is >10 μm дълбочина). Ако драскотините са дълбоки, нагревателят е по-вероятно да се замърси и ще трябва да се почиства по-често. Сменете, ако замърсяването е често срещано и драскотините са сериозни.

За нагреватели, използвани при замърсяване, изискващи често почистване, осигурете електрополиран PFA или гладка екструдирана повърхност. Някои производители предоставят „ултра-гладка“ PFA с Ra < 0,1 µm, получена чрез използването на силно полирани матрици за екструдиране. Премията (10-15%) е оправдана от по-рядко почистване и по-дълги периоди преди загуба на ефективност.

Валидиране на влошаване на преноса на топлина
Сравнете текущата производителност на нагревателя с базовата линия, за да прецените дали замърсяването се е увеличило поради драскотини:

Измерете температурата на повърхността при постоянна мощност и температура на флуида. Значителното замърсяване е увеличение с 10 градуса спрямо базовата линия.

Време до зададена точка от студен старт. По-малко предавана топлина означава 20% увеличение на-времето за загряване.

Наблюдавайте повърхността при 10x увеличение. Ако скалата е по-дебела на надраскани места, отколкото на съседни гладки части, драскотините насърчават замърсяването.

Ако драскотините са причината за ускореното влошаване, полирайте повърхността с малко мокра шкурка с песъчинки 1000 (под вода), за да изгладите върховете на драскотините. „Това намалява гънките, без да премахва много материал.“ След това се използва по-мек протокол за почистване.

Заключение: Драскотините насърчават замърсяването, а не директната загуба на топлообмен
Коефициентът на топлопреминаване не се влияе пряко от микроскопични драскотини по повърхността на PFA нагревател. При чиста услуга драскотините нямат значителен ефект. При обслужване на замърсяване (твърда вода, биологичен растеж, кристализиращи разтвори) драскотините осигуряват места за натрупване на отлагания и ускоряват образуването на котлен камък, намалявайки времето за достигане на критична дебелина на замърсяването с фактор 2-3×. Нагревателят се засилва по-рано и коефициентът на топлопреминаване намалява по-бързо. Използването на нежни почистващи инструменти и избягването на абразиви ще предотврати по-бързото влошаване. Посочете ултра-гладък PFA за-склонни към замърсяване приложения. Ако има драскотини, почистете преди натрупване на котлен камък и проверявайте работата по-често. Остъргването само по себе си не е враг - това е мащабът, който хваща. Дръжте го гладко. Пазете го чисто. Поддържайте топлопредаване.