3 m × 3 m ruudukujulise paagi puhul saavutab mitme -kütteseadme massiiv ühtlase temperatuurijaotuse, kui küttekehade vaheline kaugus järgib geomeetrilist reeglit: küttekehade tsentrite vaheline kaugus (S) peaks olema 1,5–2,0 korda suurem kui iga küttekeha kuumutatud pikkus (L). 1,5 m pikkuste vertikaalsete küttekehade puhul on vahe S=2.25–3,0 m – see tähendab, et täielikuks katteks on vaja ainult 2–3 küttekeha. Paagi nurgad ja seinad loovad aga külmad tsoonid. 3 × 3 m paagi optimaalne massiiv on 4 ruudukujuliselt paigutatud küttekeha (üks igas kvadrandis), millest igaüks on paigutatud S/2 kaugusele seintest. 1,5 m köetava pikkuse puhul S=1.8–2,2 m. Asetage küttekehad ühest nurgast koordinaatidele (0,9, 0,9), (0,9, 2,1), (2,1, 0,9), (2,1, 2,1). See paigutus piirab temperatuuri kõikumist ±1–2 kraadini. Arvutamisel kasutatakse mõõtmeteta Fourier' arvu ja termiliste voogude superpositsiooni.
Küttekehade vaheteooria
Iga vertikaalne küttekeha tekitab soojusvoogu, mis tõuseb ja levib radiaalselt. Suu raadius antud kõrgusel järgib r(z)=0.2 × z, kus z on kaugus küttekeha põhjast. 1,5 m küttekeha puhul ulatub voog vedeliku pinnale (z=1.5 m) raadiusega ≈ 0,3 m. Külmade tsoonide vältimiseks peavad ploomid kattuma. Reegel: S Väiksem või võrdne 2 × r_surface=0.6 m nõuaks väga tihedat vahekaugust. Kuid see alahindab, sest ka ploomid segunevad ja loomulik konvektsioon jaotab soojust. Praktikas töötab S=1.5–2,0 × L. L=1.5 m, S=2.25–3,0 m. 3 × 3 m mahutit saab katta 4 küttekehaga S=2.1 m juures – see on kaugel.
CFD-uuringutest tuletatud vahevalem: S_opt=0.33 × (L × D_tank)^0,5 × (ΔT)^0,25, kus D_tank on paagi läbimõõt (ruudu jaoks kasutage samaväärset diameetrit=1.13 × külg). 3 m ruudu puhul ekvivalent D=3.39 m, L=1.5 m, ΔT=10 kraad. 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 – palju väiksem. See soovitab 8–9 kütteseadet. Kuid see on mõeldud ühele soojusallikale ilma seina peegelduseta. 4-soojendi massiiv töötab, kuna seinad peegeldavad ploomid. Lihtsustatud praktiline reegel: asetage küttekehad 1/4 ja 3/4 positsioonidele piki igat telge.
Optimaalsed massiivid 3 × 3 m paagi jaoks (küttekeha pikkus 1,2–1,8 m)
| Kütteseadmete arv | Vahekaugus (S, m) | Kaugus seinast (S/2, m) | Koordinaadid (x,y) nurgast (m) | Maksimaalne temperatuurimuutus (kraad) | Koguvõimsus (kW) 80 kraadi jaoks |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 (keskel) | N/A | 1.5 | (1.5, 1.5) | ±4–6 kraadi | 6 |
| 2 (paralleelsed jooned) | 1.5 | 0.75 | (0,75, 1,5) ja (2,25, 1,5) | ±3–4 kraadi | 8 (2×4) |
| 4 (ruut) | 2.0 | 1.0 | (1.0,1.0), (1.0,2.0), (2.0,1.0), (2.0,2.0) | ±1,5–2 kraadi | 12 (4×3) |
| 4 (teemant) | 2.1 | 1.05 | (1.5,0.45), (1.5,2.55), (0.45,1.5), (2.55,1.5) | ±1,5–2 kraadi | 12 |
| 6 (2 × 3 ruudustik) | 1.5 | 0.75 | Võrgupunktid 0,75, 1,5, 2,25 | ±1–1,5 kraadi | 18 (6×3) |
| 9 (3 × 3 ruudustik) | 1.0 | 0.5 | 0,5, 1,5, 2,5 iga telg | ±0,5–1 kraadi | 27 (9×3) |
Praktiline otsustusjuhend
| Nõutav temperatuuri ühtlus | Soovitatav küttekehade arv | Vahekaugus | Koguvõimsus | Kulude prognoos |
|---|---|---|---|---|
| ±5 kraadi (plaatimine, pesemine) | 1–2 | Keskelt või 2 m kaugusel | 6–8 kW | Madal |
| ±3 kraadi (üldine keemia) | 2–4 | 4-ruuduline massiiv | 12 kW | Mõõdukas |
| ±2 kraadi (täppiskeemiline) | 4–6 | 2 × 3 ruudustik | 18 kW | Kõrge |
| ±1 kraad (farmatseutiline, pooljuht) | 9 | 3 × 3 ruudustik või kohandatud | 27–36 kW | Väga kõrge |
Välja näide
3 × 3 m galvaniseerimispaak (80 kraadi seadeväärtus, ±5 kraadi vastuvõetav) kasutas keskel ühte 6 kW küttekeha. Nurgad olid 6 kraadi jahedamad. Jaam lisas veel kolm 3 kW kütteseadet (kokku 15 kW) 4-ruudu suuruses massiivi (1,0 m ja 2,0 m positsioonid). Temperatuuri kõikumine langes ±2 kraadini. Lisavõimsus võimaldas kiiremat soojenemist. Taim jäi rahule ega vajanud rangemat kontrolli.
Järeldus: 4-heat square massiiv (S=2.0 m, seina kaugus=1.0 m) 3 × 3 m paagi jaoks
3 m × 3 m paagi jaoks on optimaalne mitme -küttekeha massiiv ühtlase temperatuurijaotuse tagamiseks mõistlike kuludega 4 kütteseadet, mis on paigutatud ruudukujuliselt: iga kütteseade on paigutatud 1,0 m kaugusele lähimast kahest seinast (koordinaadid 1,0, 1,0 jne), tsentrite vaheline kaugus 2,0 m. See annab temperatuuri kõikumise ±1,5–2,0 kraadi. Tugevamaks juhtimiseks (±1 kraad) kasutage 9 kütteseadet 3 × 3 võrgustikus. Kulutundlike rakenduste jaoks võib piisata kahest küttekehast, kuid nurgad on jahedamad. Kasutage lihtsat reeglit: küttekehade arv=(paagi pindala / 4) ±2 kraadi jaoks, (paagi pindala / 2) ±1 kraadi jaoks. 3×3 mahutis (9 m²), see tähendab 2–4 küttekeha ±2 kraadi jaoks, 4–6 ±1 kraadi jaoks. Asetage need sümmeetriliselt. Ühtlane temperatuur nõuab ühtlast vahekaugust. Asetage need õigesti, soojendage ühtlaselt, töödelge hästi. Paak on ruudukujuline; massiiv peaks olema ruudukujulised. 4 küttekehad, seintest 1 meetri kaugusel. See on optimaalne.
