Za kvadratni rezervoar veličine 3 m × 3 m, više- niz grijača postiže ujednačenu raspodjelu temperature kada razmak između grijača slijedi geometrijsko pravilo: udaljenost između centara grijača (S) treba biti 1,5-2,0 puta grijana dužina svakog grijača (L). Za vertikalne grijače dužine 1,5 m, razmak S=2.25–3,0 m – što znači da su potrebna samo 2-3 grijača za punu pokrivenost. Međutim, uglovi rezervoara i zidovi stvaraju hladne zone. Optimalni niz za rezervoar veličine 3×3 m je 4 grejača raspoređena u kvadratnom obliku (po jedan u svakom kvadrantu), svaki pozicioniran S/2 od zidova. Za grijanu dužinu od 1,5 m, S=1.8–2,2 m. Postavite grijače na koordinate (0,9, 0,9), (0,9, 2,1), (2,1, 0,9), (2,1, 2,1) iz jednog ugla. Ovaj raspored ograničava temperaturne varijacije na ±1–2 stepena. Proračun koristi bezdimenzionalni Fourierov broj i superpoziciju toplotnih pljuskova.
Teorija razmaka grijača
Svaki vertikalni grijač stvara toplinski oblak koji se diže i širi radijalno. Radijus perjanice na datoj visini prati r(z)=0.2 × z, gdje je z udaljenost od dna grijača. Za grejač od 1,5 m, perjanica doseže površinu tečnosti (z=1.5 m) poluprečnika ≈ 0,3 m. Da biste izbjegli hladne zone, perjanice se moraju preklapati. Pravilo: S Manje ili jednako 2 × r_surface=0.6 m zahtijevalo bi vrlo blizak razmak. Ali ovo potcjenjuje jer se perjanice također miješaju, a prirodna konvekcija distribuira toplinu. U praksi, S=1.5–2.0 × L radi. Za L{16}} m, S=2.25–3,0 m. Rezervoar veličine 3×3 m može biti pokriven sa 4 grijača na S=2.1 m – dobro u dometu.
Formula razmaka izvedena iz CFD studija: S_opt=0.33 × (L × D_tank)^0,5 × (ΔT)^0,25, gdje je D_tank prečnik rezervoara (za kvadrat, koristite ekvivalentni prečnik=1.13 × strana). Za kvadrat od 3 m, ekvivalentno D=3.39 m, L=1.5 m, ΔT=10 stepen . S_opt=0.33 × (1,5 × 3,39)^0,5 × (10)^0.25=0.33 × (5,09)^0,5 × 1.78=0.33 × 2,26 × 1.78=1.33 m – mnogo manje. Ovo sugerira 8-9 grijača. Međutim, ovo je za jedan izvor topline bez refleksije na zidu. Niz od 4 grijača radi jer zidovi odražavaju perjanice. Pojednostavljeno praktično pravilo: postavite grijače na 1/4 i 3/4 pozicije duž svake ose.
Optimalni nizovi za rezervoar 3×3 m (dužina grijača 1,2–1,8 m)
| Broj grijača | Razmak (S, m) | Udaljenost od zida (S/2, m) | Koordinate (x,y) iz ugla (m) | Maksimalna temperaturna varijacija (stepen) | Ukupna snaga (kW) za 80 stepeni |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 (centar) | N/A | 1.5 | (1.5, 1.5) | ±4–6 stepeni | 6 |
| 2 (paralelne linije) | 1.5 | 0.75 | (0,75,1,5) i (2,25,1,5) | ±3–4 stepena | 8 (2×4) |
| 4 (kvadrat) | 2.0 | 1.0 | (1.0,1.0), (1.0,2.0), (2.0,1.0), (2.0,2.0) | ±1,5–2 stepena | 12 (4×3) |
| 4 (dijamant) | 2.1 | 1.05 | (1.5,0.45), (1.5,2.55), (0.45,1.5), (2.55,1.5) | ±1,5–2 stepena | 12 |
| 6 (2×3 mreža) | 1.5 | 0.75 | Mreža pokazuje na 0,75, 1,5, 2,25 | ±1–1,5 stepeni | 18 (6×3) |
| 9 (3×3 mreža) | 1.0 | 0.5 | 0,5, 1,5, 2,5 po osi | ±0,5–1 stepen | 27 (9×3) |
Praktični vodič za donošenje odluka
| Zahtevana ujednačenost temperature | Preporučeni broj grijača | Razmak | Totalna snaga | Procjena troškova |
|---|---|---|---|---|
| ±5 stepeni (oblaganje, pranje) | 1–2 | Centar ili razmak 2 m | 6–8 kW | Nisko |
| ±3 stepena (opća hemikalija) | 2–4 | 4-kvadratni niz | 12 kW | Umjereno |
| ±2 stepena (precizna hemikalija) | 4–6 | 2×3 mreža | 18 kW | Visoko |
| ±1 stepen (farmaceutski, poluprovodnički) | 9 | 3×3 mreža ili prilagođena | 27–36 kW | Vrlo visoko |
Primjer polja
Rezervoar za galvanizaciju 3×3 m (80 stepeni zadata vrednost, ±5 stepeni prihvatljivo) koristio je jedan grejač od 6 kW u sredini. Uglovi su bili 6 stepeni hladniji. Postrojenje je dodalo još tri grijača od 3 kW (ukupno 15 kW) u nizu od 4-kvadrata (pozicije 1,0 m i 2,0 m). Varijacija temperature je pala na ±2 stepena. Dodatna snaga je omogućila brže zagrijavanje. Postrojenje je bilo zadovoljno i nije mu bila potrebna stroža kontrola.
Zaključak: 4-Heat Square Array (S=2.0 m, Zidna udaljenost=1.0 m) za rezervoar 3×3 m
Za rezervoar od 3 m × 3 m, optimalna više- niza grijača za ravnomjernu distribuciju temperature uz razumnu cijenu su 4 grijača raspoređena u kvadratnom obliku: svaki grijač postavljen 1,0 m od najbliža dva zida (koordinate 1,0,1,0 itd.), razmak od 2,0 m između centara. Ovo daje temperaturnu varijaciju od ±1,5–2,0 stepeni. Za čvršću kontrolu (±1 stepen), koristite 9 grijača u mreži 3×3. Za{18}}osjetljive aplikacije, 2 grijača mogu biti dovoljna, ali uglovi će biti hladniji. Koristite jednostavno pravilo: broj grijača=(površina rezervoara / 4) za ±2 stepen, (površina rezervoara / 2) za ±1 stepen. U rezervoaru 3×3 (9 m²), to je 2–4 grejača za ±2 stepen, 4–6 za ±1 stepen. Postavite ih simetrično. Ujednačena temperatura zahteva ujednačen razmak. Dobro ih rasporedite, zagrijte ravnomjerno, dobro obradite. Spremnik je kvadratni; niz bi trebao biti kvadratni. 4 grijači, 1 metar od zidova. To je optimum.
