প্রসেস ইঞ্জিনিয়ারদের জন্য ইলেকট্রিক হিটারের মাধ্যমে প্রবাহ ডিজাইন করার জন্য-অ্যাপ্লিকেশানগুলির জন্য যেমন পয়েন্ট-অফ-উষ্ণ জল সরবরাহ, বিশ্লেষণাত্মক যন্ত্রের নমুনা কন্ডিশনিং, বা দ্রুত-প্রতিক্রিয়া রাসায়নিক চুল্লি ব্যবহার করে, গরম করার উপাদানটির তাপীয় প্রতিক্রিয়া সময় প্রায়শই এর স্থির{{4}শক্তির মতোই গুরুত্বপূর্ণ। সিস্টেমটিকে অবশ্যই সেকেন্ড বা কয়েক মিনিটের পাওয়ার প্রয়োগের মধ্যে সেটপয়েন্ট তাপমাত্রা অর্জন করতে হবে, ঘন্টা নয়। যদিও কন্ট্রোল অ্যালগরিদম এবং পাওয়ার সাপ্লাই সুস্পষ্ট ভূমিকা পালন করে, গরম করার উপাদানটির ভৌত নির্মাণ-বিশেষত 316 স্টেইনলেস স্টীল খাপের প্রাচীরের বেধ-প্রতিরোধী তার থেকে প্রবাহিত তরলে কত দ্রুত তাপ সরবরাহ করা যায় তার একটি মৌলিক সীমা আরোপ করে৷ এই নিবন্ধটি লুম্পড ক্যাপ্যাসিট্যান্স এবং ক্ষণস্থায়ী তাপ পরিবাহী নীতিগুলি ব্যবহার করে খাপের প্রাচীরের বেধ এবং তাপ প্রতিক্রিয়া সময়ের মধ্যে সম্পর্ককে পরিমাপ করে, সাধারণ বেধের জন্য পরীক্ষামূলকভাবে যাচাইকৃত সময় ধ্রুবক প্রদান করে এবং অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য একটি নির্বাচন কাঠামো স্থাপন করে যেখানে দ্রুত প্রতিক্রিয়া প্রধান নকশার সীমাবদ্ধতা।
একটি নলাকার খাপের মাধ্যমে ক্ষণস্থায়ী তাপ স্থানান্তরের পদার্থবিদ্যা
যখন ইমার্সন হিটারের রেজিস্ট্যান্স তারে বৈদ্যুতিক শক্তি প্রয়োগ করা হয়, তখন তার ছোট ভর এবং উচ্চ রোধের কারণে প্রায় তাৎক্ষণিকভাবে-মিলিসেকেন্ডের মধ্যে- উত্তপ্ত হয়। তারপর তাপকে ম্যাগনেসিয়াম অক্সাইড নিরোধক স্তরের মধ্য দিয়ে এবং তারপরে তরল সীমানা স্তরে পৌঁছানোর আগে এবং অবশেষে বাল্ক প্রক্রিয়া তরল পর্যন্ত 316 স্টেইনলেস স্টিলের খাপের মধ্য দিয়ে রশ্মিভাবে বাইরের দিকে সঞ্চালন করতে হবে। ক্ষণস্থায়ী প্রতিক্রিয়া বিশ্লেষণের জন্য, MgO স্তর এবং খাপ প্রাচীর প্রতিটি একটি তাপ ভর এবং একটি তাপ প্রতিরোধের অবদান রাখে। যাইহোক, 0.8 মিমি এবং 2.5 মিমি এবং 1-2 মিমি এর এমজিও পুরুত্বের মধ্যে শীথ প্রাচীরের বেধ সহ সাধারণ হিটার জ্যামিতির জন্য, প্রভাবশালী সময় ধ্রুবকটি খাপের মোট তাপীয় ক্যাপ্যাসিট্যান্স এবং খাপের প্রাচীর এবং তরল সীমানা স্তরের তাপীয় প্রতিরোধের দ্বারা নির্ধারিত হয়। একটি নলাকার আবরণের জন্য তাপীয় সময় ধ্রুবক τ (টাউ) একক এলাকা প্রতি খাপের তাপীয় ক্যাপাসিট্যান্স এবং MgO এর বাইরের পৃষ্ঠ থেকে বাল্ক তরল পর্যন্ত মোট তাপীয় প্রতিরোধের গুণফল হিসাবে আনুমানিক হতে পারে। যেহেতু 316 শীথের একটি ভলিউম্যাট্রিক তাপ ক্ষমতা প্রায় 3.9 MJ/m³·K (ঘনত্ব 8,000 kg/m³ নির্দিষ্ট তাপ 490 J/kg·K দ্বারা গুণিত), প্রতিটি অতিরিক্ত মিলিমিটার প্রাচীর পুরুত্ব প্রতি বর্গক্ষেত্রের ক্ষেত্রফলের শেথের প্রায় 3,900 J তাপীয় ক্যাপাসিট্যান্স যোগ করে। বাইরের পৃষ্ঠের তাপমাত্রা উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি পাওয়ার আগে এই সঞ্চিত শক্তিকে আবরণ দ্বারা শোষিত করতে হবে। ব্যবহারিক পরিভাষায়, একটি মোটা খাপ একটি বৃহত্তর তাপীয় ভরের মতো আচরণ করে যা তাপ কার্যকরভাবে তরলে স্থানান্তরিত করার আগে উত্তপ্ত করা আবশ্যক।
বর্ধিত প্রাচীর বেধের সময় ধ্রুবক শাস্তির পরিমাণ
পাওয়ার ইনপুটে একটি ধাপ পরিবর্তনের জন্য একটি হিটার উপাদানের তাপীয় প্রতিক্রিয়া স্থিতিশীল অবস্থায় একটি সূচকীয় পদ্ধতি অনুসরণ করে। চূড়ান্ত তাপমাত্রা বৃদ্ধির 63.2% পৌঁছানোর জন্য প্রয়োজনীয় সময়কে তাপীয় সময় ধ্রুবক হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয়। 1 মিটার/সেকেন্ড বেগে প্রবাহিত জলে 1.0 মিমি প্রাচীর পুরুত্ব সহ একটি 316 চাদরযুক্ত হিটারের জন্য, সাধারণ সময় ধ্রুবক প্রায় 8-12 সেকেন্ড। এর মানে হল এক সময় ধ্রুবক থাকার পরে, আউটলেটের তাপমাত্রা চূড়ান্ত ডেল্টার 63% বৃদ্ধি পেয়েছে; তিনবার ধ্রুবক (24-36 সেকেন্ড) পরে, এটি স্থিতিশীল অবস্থায় 95% পৌঁছে যায়। খাপের প্রাচীরের পুরুত্ব 1.6 মিমি বাড়ানো তাপীয় ক্যাপ্যাসিট্যান্স যোগ করে এবং পরিবাহী প্রতিরোধের সামান্য বৃদ্ধি করে। সময় ধ্রুবক প্রায় 14-18 সেকেন্ড-40-50% বৃদ্ধি পর্যন্ত প্রসারিত হয়। 2.0 মিমি প্রাচীর পুরুত্ব বৃদ্ধি 20-25 সেকেন্ডের ধ্রুবক সময়কে ঠেলে দেয়। একটি 2.5 মিমি ভারী-ডিউটি খাপের জন্য, সময় ধ্রুবক 28-35 সেকেন্ডে পৌঁছায়। এই মানগুলি ধ্রুবক তরল প্রবাহ এবং কোন নিয়ন্ত্রণ লুপ মিথস্ক্রিয়া অনুমান করে। বাস্তবে, একটি তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রক একটি সুনির্দিষ্ট সেটপয়েন্ট বজায় রাখার চেষ্টা করে একটি মোটা খাপের সাথে ওভারশুট করবে এবং দোদুল্যমান হবে কারণ কন্ট্রোল সেন্সর-সাধারণত নিচের দিকে বা খাপের পৃষ্ঠে অবস্থিত-শক্তি পরিবর্তনের জন্য আরও ধীরে ধীরে সাড়া দেয়। 4 লি/মিনিট ওয়াটার ফ্লো লুপে 1.0 মিমি, 1.5 মিমি, এবং 2.0 মিমি 316 শীথ সহ অভিন্ন হিটার কার্টিজ ব্যবহার করে পরীক্ষামূলক বৈধতা নিম্নলিখিতগুলি দেখায়: 1.0 মিমি শীথ স্থির-স্থিতির 90% অর্জন করেছে তাপমাত্রা 22 সেকেন্ডে বৃদ্ধি পেয়েছে; 1.5 মিমি খাপের জন্য 34 সেকেন্ডের প্রয়োজন; 2.0 মিমি খাপের জন্য 48 সেকেন্ডের প্রয়োজন। এই বেধের সীমার উপর সম্পর্কটি প্রায় রৈখিক ছিল, প্রতিটি 0.1 মিমি প্রাচীরের পুরুত্ব বৃদ্ধির সাথে 90% প্রতিক্রিয়া সময় মোটামুটি 2.6 সেকেন্ড যোগ করে।
কিভাবে তরল বেগ এবং খাপ ব্যাস প্রাচীর পুরুত্ব সঙ্গে মিথস্ক্রিয়া
মোটা দেয়ালের তাপীয় প্রতিক্রিয়া শাস্তি পরম নয় কিন্তু তরল-পার্শ্বের তাপ স্থানান্তর সহগের উপর নির্ভর করে। কম তরল বেগে-০.২ মি/সেকেন্ডের নিচে-তরল সীমানা স্তরের প্রতিরোধ মোট তাপীয় প্রতিরোধের উপর প্রাধান্য পায়। এই ধরনের পরিস্থিতিতে, খাপের দেয়ালের বেধ মোট সময়ের ধ্রুবকের একটি ছোট ভগ্নাংশে অবদান রাখে, তাই বেধ বৃদ্ধির জন্য শাস্তি হ্রাস করা হয়। উদাহরণস্বরূপ, স্থবির বা ধীরে ধীরে চলমান তরলে, একটি 2.0 মিমি খাপের একটি 1.0 মিমি খাপের চেয়ে 15-20% বেশি সময় ধ্রুবক থাকতে পারে কারণ তরল প্রতিরোধের সীমাবদ্ধ কারণ। বিপরীতভাবে, 2 মিটার/সেকেন্ডের বেশি উচ্চতর তরল বেগে, সীমানা স্তরের প্রতিরোধ খুব ছোট হয়ে যায় এবং খাপ দেয়ালের প্রতিরোধ এবং ক্যাপাসিট্যান্স প্রাধান্য পায়। উচ্চ-প্রবাহ প্রয়োগের ক্ষেত্রে, ঘন দেয়ালের জন্য সময় ধ্রুবক শাস্তি সবচেয়ে গুরুতর-2.0 মিমি শীথ 1.0 মিমি খাপের চেয়ে 60-80% ধীরে সাড়া দিতে পারে। খাপের ব্যাস দেয়ালের বেধের সাথেও যোগাযোগ করে। প্রদত্ত দেয়ালের বেধের জন্য, একটি বৃহত্তর বাইরের ব্যাসের খাপের প্রতি ইউনিট দৈর্ঘ্যে তাপীয় ভর বেশি থাকে এবং এটি আরও ধীরে ধীরে সাড়া দেয়। 1.5 মিমি প্রাচীর পুরুত্বের একটি 12 মিমি ওডি শীথের একই 1.5 মিমি প্রাচীর পুরুত্বের 10 মিমি ওডি খাপের তুলনায় প্রতি মিটারে প্রায় 30% বেশি তাপীয় ভর রয়েছে। দ্রুত-প্রতিক্রিয়া প্রয়োগের জন্য, সবচেয়ে পাতলা সম্ভাব্য প্রাচীরের পুরুত্বের সাথে মিলিত সবচেয়ে ছোট ব্যবহারিক খাপ ব্যাস নির্বাচন করলে সবচেয়ে কম সময় ধ্রুবক উৎপন্ন হয়।
নির্দিষ্ট প্রতিক্রিয়া সময়ের প্রয়োজনীয়তার জন্য সর্বাধিক প্রস্তাবিত প্রাচীর বেধ
নিম্নোক্ত সারণী প্রয়োজনীয় তাপীয় প্রতিক্রিয়া সময়ের উপর ভিত্তি করে বৈদ্যুতিক গরম করার অ্যাপ্লিকেশনের মাধ্যমে প্রবাহ-এর জন্য প্রস্তাবিত সর্বাধিক 316 খাপের প্রাচীরের বেধ সরবরাহ করে। মানগুলি অনুমান করে 1 মিটার/সেকেন্ড বেগে প্রবাহিত জল, 10-12 মিমি একটি খাপের বাইরের ব্যাস এবং খাঁড়ি থেকে 40 ডিগ্রি উপরে লক্ষ্য তাপমাত্রা বৃদ্ধি। উচ্চ তাপমাত্রা বৃদ্ধি বা কম প্রবাহ বেগের জন্য, প্রতিক্রিয়া সময় প্রাচীরের বেধ নির্বিশেষে আনুপাতিকভাবে বৃদ্ধি পাবে।
| প্রয়োজনীয় 90% তাপীয় প্রতিক্রিয়া সময় | সর্বাধিক প্রস্তাবিত 316 খাপ প্রাচীর বেধ | সাধারণ সময় ধ্রুবক τ | আবেদনের উদাহরণ | ট্রেড-অফ গৃহীত |
|---|---|---|---|---|
| < 15 seconds | 0.8 - 1.0 মিমি | 6 - 10 সেকেন্ড | বিশ্লেষণাত্মক যন্ত্র হিটার, সেমিকন্ডাক্টর বাথ হিটার, দ্রুত চিকিৎসা জল সরবরাহকারী | ন্যূনতম যান্ত্রিক দৃঢ়তা। কম্পন বা চাপ> 5 বার জন্য উপযুক্ত নয়. |
| 15 - 25 সেকেন্ড | 1.0 - 1.3 মিমি | 10 - 15 সেকেন্ড | হট ওয়াটার হিটার, বাণিজ্যিক ডিশওয়াশার, ল্যাবরেটরি সার্কুলেশন বাথ ব্যবহারের-বিন্দু- | মাঝারি যান্ত্রিক শক্তি। হালকা শিল্প ব্যবহারের জন্য গ্রহণযোগ্য. |
| 25 - 40 সেকেন্ড | 1.3 - 1.6 মিমি | 15 - 22 সেকেন্ড | মাঝারি প্রবাহ সহ শিল্প প্রক্রিয়া হিটার, রাসায়নিক চুল্লি preheaters | ভাল যান্ত্রিক স্থায়িত্ব। স্ট্যান্ডার্ড শিল্প স্পেসিফিকেশন। |
| 40 - 60 সেকেন্ড | 1.6 - 2.0 মিমি | 22 - 30 সেকেন্ড | বড়-ভলিউম স্টোরেজ ট্যাঙ্ক হিটার, উচ্চ-চাপের সিস্টেম | চাপ রেটিং এবং ক্ষয় প্রতিরোধের বিনিময়ে ধীর প্রতিক্রিয়া গৃহীত হয়। |
| >60 সেকেন্ড | 2.0 - 2.5 মিমি | 30 - 40 সেকেন্ড | উচ্চ-চাপ অটোক্লেভ, পুরু জারা ভাতা সহ আক্রমনাত্মক রাসায়নিক পরিষেবা | নিরাপত্তা এবং জারা জীবনের জন্য প্রতিক্রিয়া সময় গৌণ। তাপ ভরের প্রাধান্য। |
প্রাচীরের পুরুত্ব হ্রাস না করে প্রতিক্রিয়া ত্বরান্বিত করার কৌশলগুলি ডিজাইন করুন
যখন একটি অ্যাপ্লিকেশনের জন্য একটি পুরু-প্রাচীরযুক্ত 316 শিথ এবং দ্রুত তাপীয় প্রতিক্রিয়ার যান্ত্রিক বা জারা উভয় সুবিধার প্রয়োজন হয়, তিনটি নকশা কৌশল এই বিরোধপূর্ণ প্রয়োজনীয়তাগুলিকে দ্বিগুণ করতে পারে। প্রথম এবং সবচেয়ে কার্যকরী কৌশলটি হল ক্লোজড-লুপ কন্ট্রোল প্রয়োগ করা একটি উচ্চ গতির থার্মোকলের সাথে সরাসরি খাপ পৃষ্ঠে অবস্থিত, একটি ভবিষ্যদ্বাণীমূলক বা PID অ্যালগরিদমের সাথে মিলিত যা তাপমাত্রা পরিবর্তনের পূর্বাভাস দেয়। সারফেস-মাউন্ট করা সেন্সরগুলি ডাউনস্ট্রিম থার্মোকলের তুলনায় 5-10 গুণ দ্রুত সাড়া দেয়, আংশিকভাবে খাপের তাপীয় জড়তার জন্য ক্ষতিপূরণ দেয়। ডেরিভেটিভ অ্যাকশন সহ একটি ভাল{10}}টিউন করা পিআইডি কন্ট্রোলার একটি 2.0 মিমি শীথের সাথে প্রতিক্রিয়ার সময়গুলি অর্জন করতে পারে যা একটি 1.0 মিমি শীথের সাথে সহজ চালু-অফ কন্ট্রোলারের কাছে যায়৷ দ্বিতীয় কৌশল হল পাওয়ার সাপ্লাইকে বড় করা এবং পালস-প্রস্থ মড্যুলেশন ব্যবহার করা। সংক্ষিপ্ত পালসে পূর্ণ শক্তি প্রয়োগ করে-উদাহরণস্বরূপ, 100 ms চালু, 200 ms বন্ধ- তাপ ভরকে সম্পূর্ণ চার্জ না করেই খাপের তাপমাত্রা মড্যুলেট করা যেতে পারে। এই কৌশলটি গড় তাপ বিতরণকে খাপের স্বাভাবিক সময়ের ধ্রুবকের চেয়ে অনেক দ্রুত পরিবর্তন করতে দেয়। তৃতীয় কৌশলটি হিটার জ্যামিতি জড়িত। একটি একক দীর্ঘ হিটার উপাদানের পরিবর্তে, স্বাধীন নিয়ন্ত্রণ সহ একাধিক ছোট উপাদান ব্যবহার করে শক্তির মঞ্চায়নের অনুমতি দেয়। দ্রুত প্রতিক্রিয়ার জন্য, সমস্ত উপাদান একযোগে সক্রিয় হয়। স্থির-রাষ্ট্রীয় রক্ষণাবেক্ষণের জন্য, শুধুমাত্র একটি উপসেট কাজ করে৷ এই পদ্ধতিটি যে কোনো সময়ে সক্রিয় তাপ ভরকে পাতলা দেয়ালের সমতুল্য-এর কাছাকাছি রাখে।
পরীক্ষামূলক বৈধতা এবং ব্যবহারিক সীমা
25 ডিগ্রী ইনলেট তাপমাত্রায় 2 লি/মিনিট জলপ্রবাহ লুপে 1.0 মিমি, 1.5 মিমি এবং 2.0 মিমি প্রাচীরের পুরুত্বের সাথে 316টি চাদরযুক্ত হিটারের তুলনা করে নিয়ন্ত্রিত পরীক্ষাগুলি বর্ণিত সম্পর্কের জন্য বৈধতা প্রদান করে। প্রতিটি হিটারে 2 কিলোওয়াট একটি স্টেপ পাওয়ার ইনপুট (অভিন্ন দৈর্ঘ্য, 10 মিমি ওডি), 1.0 মিমি শীথ 19 সেকেন্ডের মধ্যে 40 ডিগ্রি আউটলেট তাপমাত্রা বৃদ্ধিতে পৌঁছেছে। 1.5 মিমি খাপের জন্য 31 সেকেন্ডের প্রয়োজন। 2.0 মিমি খাপের জন্য 52 সেকেন্ডের প্রয়োজন। যখন পরীক্ষাটি 0.5 মিমি পুরু তামার আবরণ দিয়ে পুনরাবৃত্তি করা হয়-জারা প্রতিরোধের জন্য একটি অব্যবহারিক উপাদান কিন্তু একটি দরকারী রেফারেন্স-প্রতিক্রিয়া সময় 7 সেকেন্ডে নেমে আসে, এটি নিশ্চিত করে যে 316 প্রাচীরের পুরুত্ব প্রকৃতপক্ষে প্রভাবশালী ফ্যাক্টর। গুরুত্বপূর্ণভাবে, পরীক্ষাগুলি একটি গৌণ প্রভাবও প্রকাশ করেছিল: ঘন খাপগুলি সেটপয়েন্টে পৌঁছানোর পরে আরও বেশি তাপমাত্রা প্রদর্শন করেছিল। 2.0 মিমি শীথ স্থির হওয়ার আগে টার্গেট আউটলেটের তাপমাত্রাকে 6 ডিগ্রি ওভারশট করেছে, যেখানে 1.0 মিমি শীথটি মাত্র 1.5 ডিগ্রি বেশি হয়েছে। এই ওভারশুট তাপমাত্রার জন্য সমস্যাযুক্ত এই ধরনের অ্যাপ্লিকেশানগুলির জন্য, স্থায়িত্ব অন্তর্ভুক্ত করার জন্য পাতলা প্রাচীর সুবিধা গতির বাইরে প্রসারিত হয়।
উপসংহার: ডায়নামিক পারফরম্যান্সের প্রয়োজনীয়তার সাথে প্রাচীরের বেধের মিল
প্রকৌশলীদের জন্য 316 স্টেইনলেস স্টীল চাদরযুক্ত বৈদ্যুতিক হিটারগুলিকে প্রবাহের জন্য নির্দিষ্ট করে-অ্যাপ্লিকেশানগুলির মাধ্যমে, তাপীয় প্রতিক্রিয়া সময় হল প্রাচীরের বেধ, তরল বেগ এবং খাপের ব্যাসের একটি পরিমাপযোগ্য ফাংশন। সম্পর্কটি 0.8 মিমি থেকে 2.5 মিমি পরিসরে প্রায় রৈখিক, প্রতিটি 0.1 মিমি অতিরিক্ত বেধের সাথে সাধারণ জল প্রবাহের অবস্থার অধীনে 90% প্রতিক্রিয়া সময় মোটামুটি 2-3 সেকেন্ড বেড়ে যায়। একটি হিটার যেটি 1.0 মিমি খাপের সাথে 20 সেকেন্ডের মধ্যে সাড়া দেয় তার জন্য 2.0 মিমি খাপের সাথে 35-40 সেকেন্ডের প্রয়োজন হবে। এই পার্থক্যটি একটি প্রতিক্রিয়াশীল, ভাল{16}}নিয়ন্ত্রিত সিস্টেমকে এমন একটিতে রূপান্তরিত করে যা অলস এবং ওভারশুট করার প্রবণতা অনুভব করে৷ প্রকৌশলগত সিদ্ধান্তটি প্রতিক্রিয়ার জন্য একটি মোটা আবরণ "খারাপ" কিনা তা নিয়ে নয়-এটি অ্যাপ্লিকেশনের প্রয়োজনীয় প্রতিক্রিয়া সময় যান্ত্রিকভাবে শক্তিশালী খাপের তাপ ভরকে সহ্য করতে পারে কিনা তা নিয়ে। দ্রুত-প্রতিক্রিয়ার জন্য, নিরাপদ চাপ নিয়ন্ত্রণ এবং ক্ষয় ভাতার সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ প্রাচীরের সবচেয়ে পাতলা বেধ উল্লেখ করা বাধ্যতামূলক। অ্যাপ্লিকেশনের জন্য যেখানে প্রতিক্রিয়া সময় যান্ত্রিক স্থায়িত্ব বা ক্ষয় জীবনের জন্য গৌণ, একটি ঘন আবরণ গ্রহণযোগ্য, তবে নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থা অবশ্যই ধীর প্রতিক্রিয়া প্রত্যাশার সাথে ডিজাইন করা উচিত। হিটার প্রস্তুতকারকদের কাছ থেকে উদ্ধৃতি অনুরোধ করার সময়, প্রকৌশলীদের একটি স্পেসিফিকেশন হিসাবে প্রয়োজনীয় 90% প্রতিক্রিয়া সময় উল্লেখ করা উচিত, কেবলমাত্র পছন্দসই প্রাচীরের বেধ নয়। এটি সরবরাহকারীকে সম্পূর্ণ থার্মাল সিস্টেম-চাপের বেধ, MgO ঘনত্ব, ওয়াট ঘনত্ব এবং ব্যাস-কে স্বাধীন পছন্দের পরিবর্তে সমন্বিত পরিবর্তনশীল হিসেবে বিবেচনা করতে বাধ্য করে।
