95 ڈگری سے 20 ڈگری پانی بجھانے کے دوران 2.5 ملی میٹر موٹی ٹائٹینیم ہیٹر والی دیوار میں تیار کیا گیا مقداری تھرمل تناؤ (MPa) کیا ہے؟

95 ڈگری سے 20 ڈگری پانی بجھانے کے بعد موٹی دیوار والے ٹائٹینیم ہیٹر (2.5 ملی میٹر) کو تھرمل جھٹکا پہنچنے والے نقصان کے بارے میں فکر مند ایک پروسیس انجینئر تیزی سے ٹھنڈا ہونے والی ٹیوب کے لیے تھرمل تناؤ کی مساوات سے دیوار میں پیدا ہونے والے مقداری تھرمل تناؤ کا تعین کر سکتا ہے۔ زیادہ سے زیادہ تھرمل تناؤ (σth ) اندرونی سطح پر ہوتا ہے (باہر سے تیزی سے ٹھنڈک کو فرض کرتے ہوئے) اور اس کے ذریعہ دیا جاتا ہے: σ th=E × × T Δ 1 − vf( ) جہاں E لچکدار ماڈیولس (110 GPa) ہے، تھرمل توسیع کا گتانک ہے (8.6 ڈگری ہے Δ7 ڈگری (8.6 × {9)، درجہ حرارت میں تبدیلی ν Poisson کا تناسب (0.34) ہے اور f( ) ایک جیومیٹری عنصر ہے جو بائیوٹ نمبر (کولنگ ریٹ) پر منحصر ہے۔ ایک موٹی دیوار والی ٹیوب کے لیے (t=2.5 ملی میٹر، OD=25 ملی میٹر) پانی میں بجھا ہوا (h=1,000-5,000 W/m²K، بائیوٹ نمبر > 10) f( ) ≈ 1.0 (مکمل تھرمل جھٹکا)۔ کمپیوٹیڈ تھرمل تناؤ ہے σ_th=(110 × 10 9 × 8.6 × 10 6 × 75) / (1 −0.34)=(110e9 × 6.45e-4) / 0.66=(71 × 10 6) یہ تناؤ پیداوار کی طاقت (275 MPa) کا 39 فیصد اور زیادہ سے زیادہ تناؤ کی طاقت (345 MPa) کا 54 فیصد ہے۔ تھرمل تھکاوٹ کے کریکنگ کو بار بار تھرمل جھٹکے (100-1,000 سائیکل) کی وجہ سے پیداوار کی طاقت سے کم دباؤ پر آمادہ کیا جا سکتا ہے۔

بجھانے کے دوران تھرمل تناؤ کی تشکیل کا طریقہ کار
اگر ٹائٹینیم کی گرم ٹیوب کو ٹھنڈے پانی میں ڈالا جائے تو باہر کی سطح تیزی سے ٹھنڈی اور سکیڑتی ہے۔ اندر کی سطح، گرم رہتی ہے، اس سکڑاؤ کی مخالفت کرتی ہے، باہر کی سطح کو تناؤ اور اندر کی سطح کو کمپریشن میں ڈالتی ہے (باہر سے ٹھنڈی ہوئی ٹیوب کے لیے)۔ ہائی ہیٹ ٹرانسفر گتانک (h > 5,000 W/m²K) کے لیے بجھانے کے پہلے چند سیکنڈ کے دوران 2.5 ملی میٹر دیوار کے لیے دیوار کی موٹائی میں درجہ حرارت کا فرق 30-50 ڈگری ہو سکتا ہے۔ تھرمل تناؤ کا تعلق پوری دیوار میں درجہ حرارت کے فوری فرق سے ہے، اور یہ زیادہ سے زیادہ تقریباً 0.3-0.5 $\\times$ $\\Delta T_{total}$ ہے۔ بجھانے کے دوران 108 MPa کا حساب لگایا گیا زیادہ سے زیادہ تناؤ ہے۔ اگر پیداوار کی طاقت سے تجاوز کیا جاتا ہے تو، پلاسٹک کی خرابی ہوتی ہے اور ٹھنڈا ہونے کے بعد بقایا تناؤ کے دباؤ موجود ہوتے ہیں، جس سے کشیدگی کے سنکنرن کے کریکنگ کی حساسیت بڑھ جاتی ہے۔

دیوار کی موٹائی اور بجھانے کی شدت کے کام کے طور پر تھرمل تناؤ کی مقدار
دیوار کی موٹائی t (ملی میٹر) بجھانے کے درمیانی حرارت کی منتقلی کی گتانک h (W/m 2 K) زیادہ سے زیادہ ΔT دیوار کے اس پار (ڈگری) تھرمل تناؤ (MPa) پیداوار کا % (275 MPa) پلاسٹک کی خرابی کا خطرہ
1.5 ساکن پانی (ہلکا) 500 15 22 8% کوئی نہیں 1.5 مشتعل پانی 2،000 30 43 16% کوئی نہیں
1.5 بجھانا (ٹھنڈا پانی) 5،000 45 65 24% کوئی نہیں۔
2.0 بجھانا (ٹھنڈا پانی) 5،000 55 79 29% کوئی نہیں 2.5 بجھانا (ٹھنڈا پانی) 5،000 65 108 39% کوئی نہیں (لچکدار)
3.0 بجھائیں (ٹھنڈا پانی) 5،000 75 125 45% کوئی نہیں (لچکدار)
2.5 برف کا پانی (0 ڈگری، ΔT=95 ڈگری) 10،000 85 140 51% پیداوار کے قریب
3.0 برف کا پانی (0 ڈگری) 10000 100 165 60%پلاسٹک کی خرابی کا امکان ہے۔
ایک منظر نامہ-تھرمل شاک مینجمنٹ کے لیے گائیڈ
آپریٹنگ حالت اور بجھانے کی قسم دیوار کی موٹائی (ملی میٹر) تھرمل تناؤ (ایم پی اے) کریکنگ رسک تجویز کردہ کارروائی:
عام بند، ہوا ٹھنڈا (سست) 1.5-3.0 <10 کچھ نہیں کوئی مسئلہ نہیں
نارمل شٹ ڈاؤن، واٹر رینس (گرم) 1.5-2.0 20-40 کوئی بھی قابل قبول نہیں۔
ہنگامی بجھانا (ٹھنڈا پانی، ایک-بار) 2.5 108 کم (ایک-بار) قابل قبول۔ واقعہ چیک پوسٹ کریں۔
ہنگامی بجھانا (برف کا پانی، ایک واقعہ) 2.5 140 اعتدال پسند (مقامی طور پر حاصل ہو سکتا ہے) امتحان وارپ چیک کے لیے ہیٹر کو ہٹا دیں۔
2.5 108 Moderate (fatigue) Increase quench temperature (warm water) Repeated thermal cycles (>100) پانی بجھانے کے ساتھ ٹھنڈک کی شرح میں کمی۔
بار بار (روزانہ) بجھانا کوئی بھی > 2.0 > 100 ہائی (تھکاوٹ کریکنگ) بجھانے کی بجائے ریمپ کولنگ (کنٹرولڈ ریٹ) استعمال کریں۔
Quench from high temperature (>150 ڈگری) 2.5 > 200 شدید مشورہ نہیں دیا گیا۔ سست کولنگ یا دیگر مادہ استعمال کریں۔
انجینیئرنگ بجھانے-کی حوصلہ افزائی تھرمل تناؤ کی تخفیف
موٹی دیواروں والے ٹائٹینیم ہیٹر پر تھرمل بجھانا ناگزیر ہے لیکن تین تخفیفیں ہیں جو تھرمل تناؤ کو کم کرنے میں مدد کرتی ہیں۔ پہلا تخفیف گرم بجھانے والے پانی کا استعمال ہے (40-50 ڈگری بمقابلہ. 20 ڈگری )۔ ΔT کو 75 ڈگری سے 45 ڈگری تک کم کرنے سے تھرمل تناؤ 108 MPa سے 65 MPa (40% کمی) تک کم ہو جاتا ہے، تناؤ پیداوار سے بہت کم ہوتا ہے۔ دوسرا تخفیف بجھانے کے وقت کو بڑھانے کے لیے مشتعل پانی (h=500 W/m2K بجائے 5,000) کے بجائے ساکن پانی کا استعمال کرنا ہے۔ گرمی کی منتقلی کا کم کردہ گتانک دیوار کے ذریعے درجہ حرارت کے میلان کو کم کرتا ہے، جس سے 2.5 ملی میٹر کی دیوار کے لیے چوٹی کا دباؤ 22 MPa تک کم ہو جاتا ہے۔ تیسرا تخفیف پانی بجھانے سے پہلے ہیٹر کو ہوا میں ٹھنڈا کرنا ہے۔ ہوا میں 95 ڈگری سے 60 ڈگری (10 منٹ) تک ٹھنڈا ہونا اور اس کے بعد بجھانا ΔT کو 75 ڈگری سے 40 ڈگری تک کم کرتا ہے اور اس وجہ سے تھرمل تناؤ۔

Conclusion: 2.5 mm Titanium Wall Sees 108 MPa Thermal Stress During 95 C ->20 سی بجھانا
ایک 2.5 ملی میٹر موٹی گریڈ 2 ٹائٹینیم ہیٹر کی دیوار 95 ڈگری سے 20 ڈگری پانی تک بجھانے کے دوران تقریباً 108 ایم پی اے کے مقداری تھرمل تناؤ کا تجربہ کرتی ہے جس کا ہیٹ ٹرانسمیشن گتانک 5,000 W/m2K (ایگیٹیٹ واٹر) ہوتا ہے۔ یہ تناؤ مادی پیداوار کی طاقت (275 MPa) کا 39٪ اور زیادہ سے زیادہ تناؤ کی طاقت (345 MPa) کا 54٪ ہے۔ تناؤ اب بھی لچکدار حد میں ہے اس طرح کہ ایک بجھانے سے پلاسٹک کی خرابی یا تیزی سے ناکامی پیدا نہیں ہوگی۔ بار بار گرمی بجھانا (100-1,000 سائیکل) تھرمل تھکاوٹ کے کریکنگ کو آمادہ کر سکتا ہے، خاص طور پر ویلڈز، سکریچز یا دیگر تناؤ کے مرکزوں پر۔ ہیٹر کی زندگی کو بہتر بنانے کے لیے گرم بجھانے والا پانی (40-50 ڈگری)، ساکن پانی میں اعتدال پسند ٹھنڈک اور بجھانے سے پہلے ایئر پری کولنگ کی سفارش کی جاتی ہے۔ جہاں بار بار بجھانے کی ضرورت ہوتی ہے، دیوار کی موٹائی کو 1.5-2.0 ملی میٹر تک کم کرنے سے تھرمل دباؤ 65-79 MPa تک کم ہو جاتا ہے، محفوظ لچکدار حد کے اندر۔