Фактор протока ваздуха – Зашто брзина одређује судбину вашег грејача кертриџа

У ваздушном каналу се налази грејач кертриџа. Прорачуни су на месту: одговарајућа снага, одговарајућа густина снаге и прави материјал. Али грејач престаје да ради у року од неколико недеља. Истрага је утврдила да је неочекивани узрок још увек ваздух. Преграда узводно је формирала зону ниске{4}}брзине директно на месту где се налазио грејач и без довољно протока ваздуха да пренесе топлоту, температура омотача је порасла, прелазећи безбедне границе, убрзавајући оксидацију и коначно сагоревајући унутрашњи грејни елемент. Ово се пречесто дешава у системима за грејање ваздуха и показује колико је важна брзина ваздуха: неопевани херој (или негативац) је тај који одлучује колико добро ради грејач кертриџа и колико дуго траје.

Када је у питању загревање ваздуха помоћу кертриџ грејача, брзина ваздуха је вероватно најпотцењенији фактор. Не можете да гледате само податке о просечном протоку ваздуха у каналу или комори-(који су обично дати у кубним стопама у минути, ЦФМ или кубним метрима на сат). Најважнија ствар је брзина ваздуха на површини грејача, где се топлота заиста преноси конвекцијом. У нормалној инсталацији, брзина се може много променити од једне тачке до друге у истом каналу или комори. Ваздух може да путује делићом запреминске брзине према зидовима, иза препрека (као што су преграде, конзоле или друга опрема) или у мртвим зонама у угловима. Ово може бити само 0,5 м/с, чак и ако је просечна брзина канала 5 м/с или већа. Ова концентрисана мала брзина је често разлог зашто грејачи прерано покваре, чак и када су сви остали пројектни параметри исправни.


На основу година рада на терену и података термотехничког инжењеринга, кертриџ грејач у струји ваздуха од 10 м/с може безбедно да управља скоро дупло већом густином снаге од оне у мирном ваздуху (0,1 м/с или мање). Ваздух који се креће функционише као стални расхладни елемент, брзо одузима топлоту из омотача грејача и одржава радне температуре у безбедном опсегу од 400 степени до 450 степени за омоте од нерђајућег челика и добро у границама густине снаге од 5-7 В/цм² за грејање ваздуха. Али ако га успорите на 2 м/с, брзина преноса топлоте опада за око 60%. Исти грејач кертриџа, који ради на истој снази, сада постаје опасно врућ: температура омотача може да се попне до 550 степени или више, керамичка изолација се брже распада, а грејач брзо поквари - обично недељама уместо годинама.

Не постоји права линија између брзине ваздуха и преноса топлоте. Ако удвостручите брзину, пренос топлоте се неће удвостручити; уместо тога, расте са квадратним кореном брзине (однос који се заснива на корелацији конвективног преноса топлоте као што је Нуселтов број). Чак и тако, ефекат је довољно велики да сваки дизајн грејања ваздуха треба да укључи реалну процену локалне брзине ваздуха. Ово треба да узме у обзир стварне обрасце протока који окружују грејач, а не само номиналну снагу вентилатора или површину попречног пресека канала{3}}. Ово подразумева гледање на прави пут којим ваздух пролази да би дошао до грејача. Има ли ствари на путу? Да ли је грејач у углу где је проток низак? Да ли облик канала чини да се проток ваздуха подели или да се врати у грејач?

Симулација рачунарске динамике флуида (ЦФД) је одличан начин да пронађете могуће области ниске{0}}брзине пре него што направите хардвер за нове инсталације. ЦФД симулације показују како ваздух струји кроз канал или комору, указујући на делове где се ваздух не креће (мртве зоне), области у којима се креће напред и назад (рециркулацијске области) и области у којима се брзина смањује испод минимума потребног за безбедан рад грејача. Ово омогућава инжењерима да померају грејач, мењају преграде или додају водиче за проток у раној фази пројектовања, што ће им уштедети новац за касније прераде. За тренутне системе, једноставно мерење анемометра на положају грејача даје темељну истину: држање анемометра близу омотача грејача (снимање очитавања на неколико тачака дуж његове дужине) показује стварну локалну брзину. Ако је брзина мања од жељене (обично испод 3 м/с за већину примена за грејање ваздуха), можете да преместите грејач у подручје већег-протока, додате вођице протока да усмерите ваздух ка грејачу или смањите густину снаге грејача да би одговарао стварним условима. То може значити повећање површине грејача како би укупна снага остала иста.

Грејачи кертриџа са ребрима су добар приступ за надокнађивање смањених брзина. Већа површина пераја апсорбује више топлоте из омотача грејача, што смањује температурну разлику потребну између омотача и ваздуха. То значи да грејач са ребрима може да ради са истом снагом као и глатки грејач када се ваздух споро креће, али је температура омотача много нижа, што чини грејач дужим трајањем и спречава га од прегревања. Грејач са ребрима од 400 вати са четири пута већом површином од глатког грејача, на пример, може безбедно да ради брзином од 2 м/с, док би се глатки грејач исте снаге прегревао. Али пераје нису магија; могу само толико. Чак и грејачи са ребрима могу да се прегреју при веома малим брзинама (мањим од 1 м/с) ако је густина снаге превисока. Ово показује да су пераја корисна за адекватан проток ваздуха, али их не могу у потпуности заменити.

Повећање температуре дуж путање протока ваздуха је још један важан аспект. Како ваздух струји кроз канал или комору са неколико кертриџ грејача, он преузима топлоту и постаје топлији. Због тога, низводни грејачи добијају топлији ваздух који улази, што их чини мање ефикасним у хлађењу. То је зато што топлији ваздух може задржати мање додатне топлоте, тако да температура омотача грејача мора да се пење да би задржала исту брзину преноса топлоте. Овај кумулативни ефекат треба узети у обзир код низова са више од једног грејача. Уместо постављања грејача у равне редове, њихово постављање у решеткасти образац помаже у одржавању брзине и хлађења тако што спречава грејаче који се налазе у низводној линији да буду директно у „топлотној сенци“ горњих јединица. Такође, повећање размака између редова омогућава да се хладнији ваздух помеша са топлим пре него што дође до следећег сета грејача, што помаже да температура не расте превише.

Укратко, брзина ваздуха је тихи партнер у томе колико добро ради грејач кертриџа. Он вам говори колико топлоте се може безбедно дати, колико добро грејач ради и колико ће дуго трајати. Одабир тачне снаге, густине снаге и материјала омотача је једнако критичан као и осигуравање довољног протока ваздуха који се равномерно распоређује. Различити облици канала, облици комора и опрема узводно стварају различите обрасце протока, од којих сваки има своје ризике при малим брзинама. Професионална анализа-користећи ЦФД моделирање за нове дизајне, анемометарске податке за постојеће системе и познавање преноса топлоте- осигурава да сваки грејач кертриџа добије праву количину протока ваздуха како би добро функционисао у годинама које долазе.