Une paroi PFA plus épaisse (3 mm) peut être plus froide sur la surface extérieure qu'une paroi plus fine (1,5 mm) pour la même puissance absorbée (même densité de watts basée sur la surface) en raison d'un flux thermique plus faible par unité de volume ? Attendez, la densité en watts est la puissance par unité de surface, donc le même q (W/cm²) signifie le même flux de chaleur quittant la surface extérieure. Pour un mur plus épais, la chute de température à travers le mur est plus importante (ΔT=q × t / k). Ainsi, la surface intérieure (noyau métallique) est plus chaude, et la surface extérieure doit également être plus chaude pour maintenir le même flux de chaleur ? En fait, T_outer=T_fluid + q/h. Pour q et h identiques, T_outer est le même quelle que soit l’épaisseur de la paroi. Alors, comment un mur épais peut-il refroidir ? La réponse réside dans lecoefficient de transfert de chaleur côté fluide-h. Pour une paroi épaisse, la surface extérieure du radiateur peut être plus lisse (fabrication différente), ou le diamètre plus grand peut modifier les schémas d'écoulement, augmentant ainsi h. Mais la raison la plus courante estdistribution d'énergie non-uniforme : si le fabricant du radiateur réduit la densité en watts dans la conception à paroi épaisse - (même puissance totale, surface plus grande), alors q est inférieur et T_outer est inférieur. En résumé, pour le même q, T_outer est identique. Si une paroi épaisse est plus froide, elle doit avoir un q inférieur (surface plus grande pour la même puissance) ou un meilleur h.
Clarifier la physique
Pour un appareil de chauffage de puissance totale P, de surface A, de flux thermique q=P/A. La température de la surface extérieure T_outer=T_fluid + q/h. L'épaisseur de la paroi n'apparaît pas dans cette équation. Par conséquent, pour le même P, le même A, le même h, T_outer est identique quel que soit t.
Si un radiateur à paroi épaisse-a un diamètre plus grand (même longueur) ou une longueur plus longue (même diamètre), A augmente, q diminue, T_outer diminue. Les radiateurs à parois épaisses-sont souvent plus grands pour compenser la résistance thermique (pour maintenir la température du noyau métallique dans les limites). Cette taille plus grande réduit q, donc la surface extérieure plus froide.
Comparaison à même puissance (6 kW)
| Conception du chauffage | Diamètre (mm) | Longueur (m) | Superficie (m²) | q (W/cm²) | t (mm) | T_extérieur à 80 degrés d'eau, h=1 000 | Température du noyau métallique |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Norme à paroi mince- | 25 | 1.2 | 0.094 | 6.4 | 1.5 | 80 + (64 000/1 000)=144 degré | 144 + (64 000 × 0,0015/0,20)= 144+480=624 degrés (impossible, le chauffage tombe en panne) |
| Paroi fine-, déclassée de manière réaliste | 25 | 2.0 | 0.157 | 3.8 | 1.5 | 80 + 38=118 diplôme | 118 + (38 000 × 0,0075)=118+285=403 degré (encore trop élevé) |
| Paroi épaisse-, surface plus grande | 32 | 2.0 | 0.201 | 3.0 | 3.0 | 80 + 30=110 diplôme | 110 + (30 000 × 0,015)=110+450=560 degré (toujours élevé) |
Ces calculs montrent que les radiateurs PFA ne peuvent pas fonctionner à une densité de watts élevée. Pour un fonctionnement sûr, q doit être inférieur ou égal à 1,5 W/cm² pour un mur de 1,5 mm, inférieur ou égal à 1,0 W/cm² pour un mur de 3 mm (pour maintenir la température à cœur<260°C). So a thick wall must have lower q to survive. That lower q makes the outer surface cooler.
Conditions de fonctionnement sûres et réalistes
| Épaisseur de paroi (mm) | Sécurité maximale q (W/cm²) | Température centrale (degré) à T_fluid=80 degré, h=1 000 | T_extérieur (degré) | Température extérieure relative |
|---|---|---|---|---|
| 1.5 | 1.2 | 80 + 1.2×10 000×(0.0075+0.001)=80+102=182 degré | 80+12=92 diplôme | Référence |
| 2.0 | 0.9 | 80 + 9,000×(0.01+0.001)=80+99=179 degré | 80+9=89 diplôme | Plus frais de 3 degrés |
| 2.5 | 0.7 | 80 + 7,000×(0.0125+0.001)=80+94=174 degré | 80+7=87 diplôme | Plus frais de 5 degrés |
| 3.0 | 0.6 | 80 + 6,000×(0.015+0.001)=80+96=176 degré | 80+6=86 diplôme | Plus frais de 6 degrés |
Aux limites de fonctionnement sûres, un mur de 3 mm présente un q inférieur (0,6 W/cm²) à un mur de 1,5 mm (1,2 W/cm²). Le q inférieur réduit T_outer de 6 degrés (92 degrés contre . 86 degrés). Ainsi, le mur épais semble plus frais.
Exemple de champ
Une usine a remplacé un radiateur mural PFA de 1,5 mm (1,2 W/cm², T_outer=92 degré ) par un radiateur mural de 3 mm (0,6 W/cm², T_outer=86 degré ). Le radiateur plus épais avait besoin de deux fois plus de surface (plus longue) pour fournir la même puissance. Les opérateurs ont remarqué que le nouveau radiateur était plus froid au toucher (86 degrés contre . 92 degrés). Le radiateur a également accumulé moins de tartre (le tartre précipite plus rapidement à une température plus élevée). L’usine a conclu que les murs épais refroidissent davantage, car ils sont conçus pour une densité de puissance inférieure.
Conclusion : une paroi épaisse est plus froide car elle fonctionne à un flux thermique plus faible
Un radiateur PFA avec une paroi épaisse (3 mm) est plus froid sur la surface extérieure qu'une unité à paroi mince (1,5 mm) pour la même puissance absorbée, car la conception à paroi épaisse- doit fonctionner à une densité de watts inférieure pour maintenir la température du noyau métallique dans des limites sûres. Le flux thermique maximum sûr pour un mur de 3 mm est de 0,5 à 0,6 W/cm², tandis qu'un mur de 1,5 mm peut supporter 1,0 à 1,2 W/cm². Le flux thermique plus faible réduit la température de la surface extérieure de 5 à 10 degrés. Les murs épais ne sont pas en soi de meilleurs conducteurs ; ils sont obligés de fonctionner à une densité de puissance inférieure, ce qui les maintient plus frais. Pour la même surface et le même q, la paroi épaisse serait plus chaude (ΔT plus élevé). Mais dans la pratique, les radiateurs muraux -épais sont conçus avec une plus grande surface pour compenser. Alors oui, les murs épais refroidissent – mais uniquement parce qu’ils sont plus grands. La taille compte. Si vous avez besoin d'une surface extérieure fraîche, utilisez un radiateur plus grand (q inférieur). L'épaisseur de la paroi est secondaire. Le flux de chaleur est primaire. Réduisez q, réduisez T_outer. Épaisse ou fine, la température extérieure dépend de q et non de t. Mais les forces épaisses q sont faibles. Si épais gagne. Comprendre la physique, concevoir en conséquence. Vos doigts vous remercieront – la surface extérieure fraîche est sécuritaire au toucher. Mais ne touchez pas à un radiateur sous tension. Encore chaud, juste moins chaud. Respectez la chaleur.
