Základy prenosu tepla pre špecifikáciu ohrievača
Efektívna špecifikácia ohrievača kaziet vyžaduje pochopenie mechanizmov prenosu tepla-kondukcie, konvekcie a žiarenia{1}} a ich vzájomného pôsobenia v konkrétnych aplikáciách. Tieto znalosti bránia pod-špecifikácii, ktorá spôsobuje slabý výkon, alebo nadmernej{4}}špecifikácii, ktorá plytvá zdrojmi.
Vedenie dominuje prenosu tepla-do{1}}tuhého materiálu. Rýchlosť závisí od tepelnej vodivosti materiálov, kontaktnej plochy a teplotného gradientu. Kovové nástroje ľahko vedú teplo; kontaktný odpor rozhrania medzi plášťom ohrievača a vývrtom často obmedzuje prenos viac ako objemové vedenie. Tento odpor určuje povrchová úprava, tolerancia lícovania a kontaktný tlak. Zlúčeniny tepelného rozhrania znižujú odpor, ale musia vyhovovať teplote a prostrediu.
Konvekcia prenáša teplo na tekutiny-kvapaliny alebo plyny. Prirodzená konvekcia závisí od prúdenia-poháňaného vztlakom; nútená konvekcia využíva vonkajšie prostriedky na zvýšenie prietoku. Koeficienty konvekcie sa dramaticky líšia-stále vzduch môže poskytovať 5-25 W/m²K, zatiaľ čo nútené prúdenie vzduchu dosahuje 25-250 W/m²K a prietok kvapaliny sa pohybuje od 300-6000 W/m²K alebo viac. Tieto koeficienty určujú, ako efektívne tekutiny odstraňujú teplo z povrchov ohrievača.
Žiarenie sa stáva významným pri vysokých teplotách. Prenos tepla sálaním sa mení so štvrtou mocninou absolútnej teploty, takže dominuje pri zvýšených teplotách bez ohľadu na vedenie alebo konvekciu. Emisivita povrchu,-ako efektívne povrchy vyžarujú a absorbujú žiarenie-ovplyvňuje výkon. Leštené kovy slabo vyžarujú; oxidované alebo potiahnuté povrchy vyžarujú účinnejšie.
Kombinované režimy fungujú vo väčšine reálnych aplikácií. Ohrievač vo vzduchu vedie do okolitého kovu, prúdi do vzduchu a vyžaruje na chladnejšie povrchy. Relatívna dôležitosť každého režimu sa mení s teplotou a geometriou. Komplexné modelovanie alebo empirické testovanie sa často ukazuje ako nevyhnutné pre presnú predpoveď.
Siete tepelného odporu pomáhajú analýze. Každý krok prenosu tepla-vnútorné vedenie, kontakt rozhrania, vonkajšia konvekcia-predstavuje odpor. Sériové odpory sa pridávajú; paralelné cesty poskytujú alternatívy. Tento rámec identifikuje úzke miesta obmedzujúce výkon a usmerňuje snahy o zlepšenie.
V prípade ohrievačov s veľkým{0}}priemerom je obzvlášť dôležitá analýza prenosu tepla. Značné úrovne výkonu vytvárajú značné tepelné toky, ktoré je potrebné riadiť. Väčšie priemery ovplyvňujú hraničné vrstvy konvekcie a faktory žiarenia inak ako menšie veľkosti. Aplikácie využívajúce tieto ohrievače-ťažké dosky, veľké formy-často zahŕňajú zložité geometrie vyžadujúce podrobnú analýzu.
Podmienky prechodného a ustáleného stavu-vyžadujú rôzne prístupy. Analýza zahrievania-zohľadňuje tepelnú hmotnosť a meniace sa teploty; Analýza ustáleného-stavu vyrovnáva tepelný príkon so stratami v rovnováhe. Na oboch záleží-rýchle zahriatie-vyžaduje vysoký výkon, zatiaľ čo účinnosť v rovnovážnom stave-vyžaduje minimalizáciu strát.
Rôzne tepelné aplikácie vyžadujú prispôsobené inžinierstvo prenosu tepla založené na špecifických geometriách, materiáloch, kvapalinách a prevádzkových podmienkach na optimalizáciu špecifikácií ohrievača a výkonu systému.
