ہائی-ویلوسٹی ایئر فلو (10‑25 m/s) میں 316 سٹینلیس سٹیل کے فنڈ ٹیوبلر ہیٹرز کے لیے زیادہ سے زیادہ قابل اجازت شیتھ کی موٹائی کتنی ہے؟

جبری کنویکشن ایئر ہیٹرز میں بنیادی تجارت-بند ہے۔

316 سٹینلیس سٹیل کے فنڈ ٹیوبلر ہیٹر اکثر ڈکٹ ہیٹر، ایئر ہینڈلنگ یونٹس اور خشک کرنے والے اوون میں لگائے جاتے ہیں، جہاں سنکنرن ہوا سے پیدا ہونے والے کیمیکل جیسے نمک کے اسپرے، پتلا تیزاب یا مرطوب صنعتی اخراج کو مولبڈینم کے سنکنرن مزاحمت کی ضرورت ہوتی ہے۔ پنکھوں کا استعمال گرمی کی منتقلی کی سطح کے رقبے کو نمایاں طور پر بڑھاتا ہے۔ بہر حال، پنکھوں کے نیچے میان کی موٹائی ایک اہم ڈیزائن پیرامیٹر ہے۔ بڑی دیواریں کٹاؤ کے خلاف بہتر مزاحمت فراہم کرتی ہیں-سنکنرن اور مکینیکل تناؤ کے نتیجے میں تیز ہوا کے بہاؤ کی رفتار (10-25 m/s) پر پیدا ہونے والی کمپن کے نتیجے میں۔ لیکن، ہر ایک اضافی ملی میٹر موٹائی مزاحمتی تار سے پنکھ کی جڑ تک تھرمل مزاحمت میں اضافہ کرتی ہے اس طرح گرمی کی مجموعی پیداوار کو کم کرتی ہے اور میان کا درجہ حرارت بڑھتا ہے۔ یہ مطالعہ جبری فضائی سروس کے لیے 316 سٹینلیس سٹیل کے ہیٹروں کی محدود دیوار کی موٹائی کا حساب لگاتا ہے جہاں تھرمل حدود سے تجاوز کیا جاتا ہے جس کے نتیجے میں زیادہ گرمی، سنکنرن میں اضافہ اور فن کے منسلکات کی جلد ناکامی ہوتی ہے۔

مکینیکل سالمیت اور کٹاؤ-تیز رفتار ہوا میں سنکنرن

316 stainless steel will erode-corrode measurably at air velocities >10 میٹر/سیکنڈ معلق ذرات (دھول، نمک کے کرسٹل یا پراسیس ٹھوس)۔ غیر فعال فلم کو مسلسل پہنا جاتا ہے اور ذرہ لوڈنگ اور اثر کے زاویہ کے لحاظ سے 0.02 سے 0.10 ملی میٹر فی سال کی شرح پر بنیادی دھات کو ہٹا دیا جاتا ہے۔ ایک ہیٹر کے لیے جسے 40,000 گھنٹے چلانے کی ضرورت ہے (تقریباً 5 سال کی مسلسل سروس)، 1.2 ملی میٹر کی دیوار 0.1-0.5 ملی میٹر، شاید 1.0 ملی میٹر سے کم ہو جائے گی۔ یہ عام طور پر کم دباؤ والے ہوا کے نظام کے لیے ٹھیک ہے۔ تاہم، بڑی مکینیکل تشویش بہاؤ-حوصلہ افزائی کمپن ہے۔ پنکھوں والی ٹیوبوں میں ہوا کے بہاؤ کے لیے ایک وسیع متوقع رقبہ ہوتا ہے اور 15-25m/s کی رفتار سے ورٹیکس شیڈنگ باری باری تناؤ کا سبب بن سکتی ہے جس کے نتیجے میں پنکھ سے میان کے ساتھ منسلکہ یا ٹیوب کے مقررہ سروں پر تھکاوٹ کا سبب بنتا ہے۔ ایک پتلی دیوار والی ٹیوب کی تھکاوٹ کی زندگی ایک موٹی ٹیوب کی نسبت نمایاں طور پر چھوٹی ہوتی ہے کیونکہ کسی دیے گئے انحراف کے لیے متبادل تناؤ کا طول و عرض دیوار کی موٹائی سے الٹا تعلق رکھتا ہے۔ 12 ملی میٹر بیرونی قطر کی ٹیوب اور 20 میٹر فی سیکنڈ ایئر فلو میں 500 ملی میٹر غیر تعاون یافتہ اسپین کے لیے، حسابی متبادل موڑنے کا دباؤ 1.2 ملی میٹر دیوار کے لیے 35 ایم پی اے اور 2.4 ملی میٹر دیوار کے لیے صرف 18 ایم پی اے کے آرڈر پر ہے- دو عنصر کی کمی۔ اینیلڈ 316 سٹینلیس سٹیل کے لیے برداشت کی حد تقریباً 240MPa ہے اس لیے دونوں قدریں محفوظ ہیں۔ تاہم، فین ویلڈز یا رولڈ جوائنٹس میں تناؤ کا ارتکاز 3-5 کے عوامل سے مقامی دباؤ کو بڑھا سکتا ہے۔ ایسی صورتوں میں ایک موٹی دیوار تھکاوٹ کے دراڑ کے آغاز کے خلاف ایک اہم حفاظتی مارجن ہے۔ مکینیکل سالمیت کی کم از کم موٹائی ہوتی ہے زیادہ سے زیادہ نہیں۔ تھکاوٹ اور کٹاؤ کے خلاف مزاحمت کے لیے جتنا موٹا ہوگا اتنا ہی بہتر ہے۔

تھرمل مزاحمت اور زیادہ گرمی کی پابندی

فینڈ ایئر ہیٹر میں موٹی دیواروں کی وجہ سے تھرمل جرمانہ مائع وسرجن ہیٹر کے مقابلے میں بدتر ہے کیونکہ نمایاں طور پر کم کنویکٹیو ہیٹ ٹرانسفر گتانک (عام طور پر 50‑200 W/m2K بمقابلہ 500-5000 W/m2K مائعات کے لیے)۔ مجموعی طور پر تھرمل ریزسٹنس پر ہوا کا غلبہ ہے-سائیڈ باؤنڈری پرت، حالانکہ میان کی مزاحمت اب بھی اہم ہے۔ ایک پنکھ والی ٹیوب میں حرارت کو میان کے ذریعے شعاعی طور پر پنکھ کی بنیاد تک لے جانا پڑتا ہے۔ میان کی موٹائی کو 1.2 ملی میٹر سے 2.4 ملی میٹر تک بڑھایا جاتا ہے، جس سے ترسیلی چینل کی لمبائی دوگنی ہوتی ہے۔ 100 ڈگری پر 316 سٹینلیس سٹیل کی تھرمل چالکتا 16.3 W/m·K ہے۔ اضافی تھرمل مزاحمت فی ملی میٹر موٹائی تقریباً 0.0037 m 2 K/W ہے۔ 15 m/s پر ہوا کے لیے convective coefficient 120 W/m 2 K ہے اور ہوا کی طرف کی مزاحمت 0.0083 m 2 K/W ہے۔ دیوار کی موٹائی میں 1.2 ملی میٹر اضافہ کرنے سے کل مزاحمت تقریباً 45 فیصد بڑھ جاتی ہے، جبکہ اسی میان کے درجہ حرارت پر گرمی کی پیداوار میں تقریباً 30 فیصد کمی واقع ہوتی ہے۔ لیکن زیادہ اہم، دی گئی برقی طاقت کے ان پٹ کے لیے، موٹی دیوار کو مزاحمتی تار کے درجہ حرارت میں اضافہ کی ضرورت ہوتی ہے۔ میگنیشیم آکسائیڈ موصلیت (اندرونی ڈائی الیکٹرک) کے لیے زیادہ سے زیادہ تار کا درجہ حرارت عام طور پر 800-850 ڈگری ہوتا ہے۔ اس حد سے زیادہ تار کو چلانے سے موصلیت میں کمی اور ہیٹر کی قبل از وقت ناکامی ہو گی۔ اس طرح، ایک زیادہ سے زیادہ میان کی موٹائی ہے جس سے آگے اندرونی تار کا درجہ حرارت مطلوبہ طاقت کی کثافت پر پائیدار نہیں ہے۔ 50 ڈگری انلیٹ پر 20 m/s ہوا میں 3-5 W/cm2 واٹ کی کثافت کے ساتھ ایک عام 316 سٹینلیس سٹیل کے ہیٹر کے لیے، زیادہ سے زیادہ اجازت شدہ میان کی موٹائی تقریباً 2.0-2.2 ملی میٹر ہے تاکہ تار کو 800 ڈگری سے کم رکھا جا سکے۔ اس رقم سے زیادہ ہیٹر کو ڈیریٹڈ کرنا پڑتا ہے جس کا مطلب ہے کہ ہوا کے درجہ حرارت میں ایک ہی اضافہ حاصل کرنے کے لیے لمبا یا بڑا ہیٹر بینک۔

ہائی-رفتار ہوا کا بہاؤ - منظر نامہ-بیسڈ سلیکشن گائیڈ

نیچے دی گئی جدول جبری ایئر سروس میں 316 سٹینلیس سٹیل ٹیوبلر ہیٹر کے لیے زیادہ سے زیادہ میان کی موٹائی کی سفارشات دیتا ہے، ہوا کی رفتار، پارٹیکل لوڈنگ اور مطلوبہ بجلی کی کثافت کی بنیاد پر۔

آپریٹنگ کنڈیشن اور پاور ڈینسٹی مکینیکل اور تھرمل ٹریڈ آف زیادہ سے زیادہ قابل اجازت دیوار کی موٹائی
صاف ہوا (کوئی ذرات نہیں) 10-15 m/s 4 W/cm2 وقفے وقفے سے ڈیوٹی 1.5 ملی میٹر کٹاؤ غیر معمولی۔ تھکاوٹ کا تناؤ کم ہے۔ پتلی دیوار زیادہ سے زیادہ گرمی کی منتقلی کی اجازت دیتی ہے اور تار کے درجہ حرارت کو 800 o C سے نیچے رکھتی ہے۔ پنکھوں کے ساتھ معیاری ٹیوب کی موٹائی۔
نمک کا چھڑکاؤ یا مرطوب تیزابی ہوا، 15-20 m/s، 3.5 W/cm²، مسلسل آپریشن 1.8-2.0 ملی میٹر سنکنرن- کٹاؤ کی شرح 0.03-0.05 ملی میٹر/سال. 2.0 ملی میٹر 40,000 گھنٹہ کٹاؤ الاؤنس 1.2-2.070 ڈگری درجہ حرارت باقی ہے۔ تھرمل تخروپن کے ساتھ چیک کریں.
ذرات (دھول، ریشوں) سے بھری ہوا، 20‑25 m/s، 3 W/cm2، کمپن کا زیادہ خطرہ 2.2 ملی میٹر کٹاؤ کی شرح 0.10 ملی میٹر فی سال تک. 50 % بمقابلہ. 1.2 ملی میٹر دیوار کی موٹائی متبادل تھکاوٹ کے دباؤ کو کم کرتی ہے۔ تار کے درجہ حرارت کو یقینی بنانے کے لیے واٹ کی کثافت کو محدود کرنا چاہیے۔<800 C. Expect 25-35 % decreased heat output per tube.
Very high velocity (>25 میٹر/سیکنڈ) یا لگاتار پارٹیکل امپنگمنٹ فائنڈ ڈیزائن کے لیے تجویز نہیں کیے گئے فنز پارٹیکل کیچرز ہیں، یہ تیزی سے گر جاتے ہیں۔ موٹی دیوار (2.5-3.0 ملی میٹر) یا سیرامک ​​تحفظ والے ننگے ٹیوبلر ہیٹر میں تبدیل کریں۔ ناکافی finned جیومیٹری.
صاف ہوا، کم رفتار (5-10 m/s)، کوئی بھی بجلی کی کثافت 1.2-1.5 ملی میٹر کوئی کٹاؤ، تھکاوٹ کا مسئلہ نہیں۔ پتلی دیوار ایک تیز جواب دیتی ہے۔ 1.5 ملی میٹر سے زیادہ موٹائی بغیر کسی فائدہ کے مادی اور کم کارکردگی کو ضائع کرتی ہے۔
دیوار کی موٹائی کے لیے اضافی ڈیزائن کے عوامل

تیز رفتار ایئر ہیٹنگ میں، دیوار کی موٹائی کا فن ڈیزائن، اٹیچمنٹ کا طریقہ اور سسٹم لے آؤٹ کے ساتھ بہت مضبوط تعامل ہوتا ہے۔ سب سے پہلے، پنکھوں کا اٹیچمنٹ – بریزڈ یا ہائی فریکوئنسی ویلڈیڈ پنکھ میکانکی طور پر پھیلے ہوئے پنکھوں سے زیادہ گرمی کی منتقلی فراہم کرتے ہیں اور تار کے درجہ حرارت کی پابندیوں سے تجاوز کیے بغیر میان کو کچھ موٹا بنایا جا سکتا ہے۔ دوسرا، پنکھ کی کثافت - پن کی پچ کو کم کرتی ہے (فی میٹر پر پنکھوں کی کم تعداد) حرارت کی منتقلی کے علاقے کو کم کرتی ہے لیکن دباؤ کی کمی اور کمپن کی حوصلہ افزائی کو بھی کم کرتی ہے۔ پنکھوں کی کم کثافت کسی تار کے درجہ حرارت کے لیے موٹی میان کی اجازت دیتی ہے۔ تیسرا، انلیٹ ایئر فلٹرنگ - 10 µm سے زیادہ ذرات کو ہٹانے سے کٹاؤ کی شرح 70-90% کم ہوتی ہے، جس سے پتلی، زیادہ تھرمل طور پر موثر دیواروں کے استعمال کی اجازت ملتی ہے۔ چوتھا، ٹیوب سپورٹ اسپیسنگ - 600 ملی میٹر سے 300 ملی میٹر تک غیر تعاون یافتہ وقفہ میں کمی آٹھ کے عنصر سے بہاؤ پیدا ہونے والے کمپن کے طول و عرض کو کم کرتی ہے، موٹی دیواروں کے تھکاوٹ کے فائدے کو دور کرتی ہے۔ آخر میں، مواد کی سختی - جس میں کولڈ ڈران 316 سٹینلیس سٹیل (اینیلڈ سے زیادہ پیداواری طاقت) کی وضاحت کرتا ہے، موٹائی میں اضافہ کیے بغیر کٹاؤ کے خلاف مزاحمت کو بڑھاتا ہے۔

نتیجہ: فضائی سروس کے لیے زیادہ سے زیادہ قابل اجازت موٹائی کا تعین کرنا

تیز رفتار ہوا کے بہاؤ میں 316 سٹین لیس سٹیل کے نلی نما ہیٹروں کے لیے میان کی موٹائی کا انتخاب دو مخالف رکاوٹوں کے درمیان تجارت ہے۔ مکینیکل استحکام کے لیے کٹاؤ اور تھکاوٹ کو برداشت کرنے کے لیے ایک موٹی دیوار کی ضرورت ہوتی ہے جب کہ تھرمل حدیں زیادہ سے زیادہ موٹائی عائد کرتی ہیں جس سے باہر تار کا اندرونی درجہ حرارت غیر محفوظ ہوگا۔ زیادہ تر صنعتی جبری ہوا کے استعمال کے لیے 15–20 m/s پر ہلکے پارٹکیولیٹ لوڈنگ کے ساتھ ممکنہ زیادہ سے زیادہ 1.8–2.0 ملی میٹر ہے۔ یہ میگنیشیم آکسائیڈ موصلیت کے لیے تار کے درجہ حرارت کو 800 ڈگری کی حد کے اندر برقرار رکھتے ہوئے کافی کٹاؤ برداشت اور تھکاوٹ کا بفر فراہم کرتا ہے۔ عام طور پر فنڈ ہیٹر 25m/s سے زیادہ ہوا کی رفتار یا دیوار کی موٹائی سے قطع نظر شدید پارٹیکل لوڈنگ کے حالات کے لیے موزوں نہیں ہیں اور ڈیزائنر کو حفاظتی کوٹنگز یا دیگر مواد کے ساتھ ننگے ٹیوبلر ہیٹر استعمال کرنے چاہئیں۔ وضاحت کرتے وقت، ہمیشہ ہوا کی رفتار، پیشن گوئی شدہ ذرہ کی حراستی، پنکھ کی کثافت اور زیادہ سے زیادہ اجازت شدہ تار کا درجہ حرارت بیان کریں۔ یہ دیوار کی موٹائی کی بنیادی وضاحت کو مکمل ہائی ویلوسٹی ایئر کمپیٹیبلٹی اسسمنٹ میں تبدیل کرتا ہے جو میکانیکل انحصار اور تھرمل سیفٹی دونوں سے براہ راست جہتوں کے انتخاب کو مربوط کرتا ہے۔