En kjemisk spesialfabrikk rapporterte om et uvanlig symptom: en PTFE-dykkvarmer i en viskøs polymerløsning ga ut en skarp knitrende eller poppende lyd i løpet av den første timen med oppvarming-hver morgen. Støyen stoppet når badekaret nådde settpunktet. Varmeren var ikke synlig skadet, og strømtrekket var normalt. Men støyen var et advarselsskilt-lokalisert koking forekom på varmeapparatets overflate under oppvarmingsfasen-.
Dampstøy under oppvarming-er et symptom på filmkoking på PTFE-overflaten. Varmerens overflatetemperatur er høy nok til å fordampe væsken i kontakt med den, men dampen kan ikke unnslippe raskt fordi væsken er tyktflytende. Dampboblene kollapser voldsomt når de løsner, og skaper en knallende lyd.
Hvorfor viskøse bad produserer dampstøy
I en væske med lav-viskositet som vann, løsner dampbobler lett og stiger til overflaten. De kollapser stille i den kjøligere bulkvæsken. Prosessen er jevn, og det genereres ingen støy.
I en viskøs væske er grenselaget ved varmeoverflaten tykt. Dampbobler som dannes på overflaten kan ikke løsne lett fordi den viskøse væsken motstår deres bevegelse. Boblene vokser seg større før de bryter løs. Når de til slutt løsner, kollapser de raskt, og kollapsen genererer en trykkbølge som høres som en knitrende lyd.
| Væskeviskositet | Bobleløsning | Boblestørrelse ved løsrivelse | Kollaps energi | Støynivå |
|---|---|---|---|---|
| <10 mPa·s | Lett | Liten | Lav | Ingen |
| 10–100 mPa·s | Moderat | Moderat | Moderat | Svak |
| 100–1000 mPa·s | Vanskelig | Stor | Høy | Hørbar |
| >1000 mPa·s | Veldig vanskelig | Veldig stor | Veldig høy | Høyt |
Viskositet og dens effekt på bobleløsning og støygenerering
Hvorfor oppvarming-er den mest sårbare fasen
Under oppvarming- går varmeren på full effekt. Overflatetemperaturen er høyere enn den er under stabil-drift fordi bulkvæsken er kjøligere og temperaturforskjellen mellom varmeren og væsken er større. Jo høyere overflatetemperatur øker hastigheten på dampdannelse.
Væsken er også mer viskøs under oppvarming-. Viskositeten til de fleste væsker avtar når temperaturen stiger. En polymerløsning som er 15 000 mPa·s ved 25 grader kan være 5000 mPa·s ved 60 grader . Under oppvarming{10}}er væsken nær varmeren kjøligere og mer tyktflytende enn den er ved settpunktet. Den viskøse væsken fanger dampboblene, og støyen er høyere.
Hvorfor dampstøy er viktig
Dampstøy er ikke bare et irritasjonsmoment. Det indikerer at lokalisert koking forekommer ved varmeapparatets overflate. Kokingen skaper et dampteppe som isolerer overflaten. Overflatetemperaturen øker, og PTFE brytes ned raskere enn det ville gjort under normale driftsforhold.
Den gjentatte kollapsen av dampbobler skaper også mekanisk belastning på PTFE. Trykkbølgene fra kollapsene treffer polymeroverflaten. Over tid kan stresset forårsake tretthetssprekker og blemmer.
Forhindrer dampstøy i viskøse bad
Den mest effektive forebyggingen er å redusere varmeovnens overflatetemperatur under væskens kokepunkt. Dette krever reduksjon av watt-tettheten og forbedring av flyten ved varmeoverflaten.
En lavere watttetthet-0,5–0,8 W/cm²-reduserer overflatetemperaturen med 15–25 grader sammenlignet med 1,0–1,2 W/cm². Den lavere temperaturen holder overflaten under kokepunktet i de fleste viskøse væsker.
Forbedret strømning ved varmeoverflaten-fra en eduktor, en resirkulasjonspumpe eller en mekanisk omrører-reduserer grenselagets tykkelse og senker overflatetemperaturen. En lokal hastighet på 0,3–0,5 m/s er tilstrekkelig for å hindre dampstøy i de fleste viskøse væsker.
| Forebyggende tiltak | Effekt på overflatetemperatur | Implementering |
|---|---|---|
| Lavere watttetthet, 0,5–0,8 W/cm² | 15–25 grader lavere | Varmeapparat design |
| Eduktor ved varmeapparat | 20–30 grader lavere | Liten pumpe eller trykkluft |
| Resirkulasjonssløyfe | 25–35 grader lavere | Pumpe og rør |
| Mekanisk agitasjon | 15–25 grader lavere | Omrører eller røreverk |
Forebyggende tiltak for dampstøy i viskøse bad
Når dampstøy indikerer et designproblem
En varmeovn som avgir dampstøy til tross for lav watttetthet og forbedret strømning indikerer at varmeapparatets design ikke er tilpasset den viskøse væsken. En spesialtilpasset PTFE-dykkvarmerkonfigurasjon med svært lav watttetthet, et stort overflateareal og en strømnings-optimalisert posisjon adresserer grunnårsaken til lokal koking. Spesifikasjonsprosessen krever væskeviskositeten ved driftstemperatur, kokepunktet, varmeapparatets posisjon, strømningsforholdene og nødvendig effekt. For anlegg med viskøse prosessvæsker reduserer denne applikasjonsspesifikke-tilnærmingen dampstøy og forlenger levetiden til varmeapparatet.
