Il-Matematika Reali Wara d-Densità tal-Watt f'-120 grad
Ħiters tal-iskrataċ standard komunement joperaw f'densitajiet ta 'watt ta' 15 sa 46 watt għal kull ċentimetru kwadru. F'minus 120 grad Celsius, madankollu, dawn il-kalkoli familjari m'għadhomx japplikaw. L-ambjent termali jinbidel tant b'mod fundamentali li l-użu ta' formuli ta' densità ta' watt tat-temperatura tal-kamra-għas-servizz krijoġeniku jwassal għal tisħin insuffiċjenti jew falliment prematur tal-heater.
Wieħed mill-iżbalji l-aktar komuni fl-għażla tal-heater tal-iskartoċċ jinvolvi attenzjoni insuffiċjenti għad-densità tal-watt, li tirrappreżenta l-output ta 'enerġija għal kull unità ta' erja tal-wiċċ imsaħħan. Dan il-parametru jsir sostanzjalment aktar kritiku f'applikazzjonijiet taħt-żero peress li l-heater irid jegħleb telf sinifikanti tas-sħana filwaqt li jevita l-ħsara li sseħħ minn temperaturi tal-wiċċ eċċessivi. Ħiters tal-iskrataċ standard jistgħu jilħqu densitajiet ta' watt sa 63 W/cm² (400 W/in²), li jagħmluhom eċċellenti għal sħana rapida-f'forom tal-injezzjoni tal-plastik u tagħmir tal-ippakkjar. Dawn id-disinji ta'-densità għolja jiffunzjonaw minħabba li l-heater joqgħod imdawwar b'massa msaħħna li malajr tmexxi s-sħana 'l bogħod mill-wiċċ.
Il-matematika tinbidel kompletament f'ambjenti krijoġeniċi. L-istess heater għandu jiffaċċja l-massa termali tal-komponent li qed jissaħħan kif ukoll it-telf kostanti tas-sħana għall-ambjent kiesaħ tal-madwar jew il-konduzzjoni permezz ta 'konnessjonijiet strutturali. Meta inġiniera termali b'esperjenza jibdew il-kalkoli, jibdew bir-rekwiżit bażiku tas-sħana: Q=m × c × ΔT / t, fejn Q tirrappreżenta watts, m tirrappreżenta massa, c tirrappreżenta sħana speċifika, ΔT tirrappreżenta l-bidla fit-temperatura, u t tirrappreżenta l-ħin. Imbagħad iżidu l-komponent tat-telf tas-sħana-il-koeffiċjent tat-trasferiment tas-sħana mmultiplikat bl-erja tas-superfiċje mmultiplikata bid-differenza fit-temperatura mill-ambjent. F'kundizzjonijiet b'telf konvettiv, dawn jistgħu jaqbżu r-rekwiżit tat-tisħin konduttiv, xi kultant jirduppjaw it-total tal-watts meħtieġa.
Fil-prattika, ħiters tal-iskrataċ għal ambjenti kesħin tipikament ikollhom densitajiet ta' watt aktar baxxi minn dawk għal applikazzjonijiet ta'-temperatura għolja-normalment 10 sa 25 W/cm² minflok 40 sa 63 W/cm². Dan l-approċċ konservattiv joffri benefiċċji multipli. Temperaturi tal-wiċċ aktar baxxi jnaqqsu l-proċess ta 'ossidazzjoni fuq il-wajer tar-reżistenza, potenzjalment jestendu l-ħajja tal-heater minn xhur għal snin. Distribuzzjoni tas-sħana aktar uniformi tipprevjeni l-hot spots li jiddegradaw l-insulazzjoni tal-ossidu tal-manjeżju. U d-differenza tat-temperatura iżgħar bejn il-heater u l-ambjent tal-madwar tnaqqas l-istress termali fuq il-komponent imsaħħan.
Għal applikazzjonijiet ta' temperatura ultra-baxxa li joqrob il-120 grad nieqes, jistgħu jkunu meħtieġa densitajiet ogħla ta' watt sempliċement biex jingħelbu l-effett aggressiv tas-sink tas-sħana tal-ambjent krijoġeniku. Il-mezz tal-madwar jaħdem b'mod attiv kontra l-element tat-tisħin billi jiġbed l-enerġija termali 'l bogħod aktar malajr milli l-arja. L-ispeċifikazzjonijiet tal-qawwa nominali għandhom għalhekk jagħtu kont mhux biss għat-temperatura fil-mira iżda wkoll għall-kundizzjoni tal-bidu-nieqes 120 grad jew inqas. Inġiniera termali b'esperjenza spiss jirrakkomandaw densitajiet ta 'watt ogħla għal dawn is-sistemi, xi kultant jilħqu l-limiti ta' fuq ta '60 watt għal kull ċentimetru kwadru jew aktar, skont it-tagħbija termali tas-sistema u l-proprjetajiet iżolanti.
Madankollu, din id-densità ta 'qawwa ogħla għandha tiġi miżuna kontra r-riskju ta' tisħin żejjed lokalizzat fil-wajer tar-reżistenza, fejn it-temperaturi interni jistgħu jaqbżu l-livelli sikuri anke waqt li l-għata ta 'barra tibqa' friska minħabba l-effett tas-sink termali. F'minus 30 grad, il-kundizzjonijiet ta 'spiss jeħtieġu densitajiet ta' 50 sa 60 watts għal kull ċentimetru kwadru sempliċement biex iżommu l-inħawi ffriżati milli jneħħu s-sħana kontinwament. Din id-densità ogħla ta 'enerġija tpoġġi aktar stress termali fuq il-wajer tar-reżistenza interna, fejn it-temperaturi jistgħu jaqbżu t-800 grad Celsius f'xi postijiet anke waqt li l-għant ta' barra tissielet biex tilħaq it-temperatura tal-proċess mixtieqa.
Il-medda ta '5 sa 7 W/cm² tirrappreżenta l-aktar speċifikazzjoni komuni għal sitwazzjonijiet ġenerali ta' tisħin b'temperatura baxxa- u medja-, bħal forom tat-tisħin, tagħmir għall-ippakkjar, u tagħmir għall-ipproċessar tal-ikel. Iżda applikazzjonijiet b'temperatura ultra-baxxa ta' spiss jeħtieġu densitajiet ogħla biex jegħlbu t-telf tas-sħana fl-ambjent krijoġeniku. Għal applikazzjonijiet f'minus 120 grad u taħt, l-inġiniera termali għandhom janalizzaw bir-reqqa t-tagħbija termali individwali, il-kwalità tal-insulazzjoni, u l-ħin tat-tisħin ippermetta biex isibu l-bilanċ it-tajjeb bejn ir-rispons rapidu tat-tisħin u l-affidabbiltà fit-tul-.
L-għażla tad-densità tal-watt għal servizz krijoġeniku teħtieġ li timxi lil hinn mill-ispeċifikazzjonijiet tal-katalgu għal analiżi ta 'inġinerija termali ġenwina. Id-densità tal-heater tal-iskartoċċ trid tkun imqabbla mar-rekwiżiti termali speċifiċi ta' kull applikazzjoni-baxx wisq u l-heater ma jistax jegħleb it-telf tas-sħana; għoli wisq u l-istress intern jaċċellera l-falliment.
