Su Soğutmalı Bakır Paneller

Isıyı çok daha hızlı iletir. Toulouevski ve Zinurov'un verdiği iletkenlik eğrilerine göre 100 °C'de rulo bakırın ısıl iletkenliği 385 W/m·K, düşük karbonlu çeliğin ise 55,6 W/m·K'dir — yaklaşık yedi katı. Aynı ısı akısında bakır panelin ateş tarafı yüzey sıcaklığı belirgin biçimde düşük kalır, bu da yüksek akı gören bölgelerde bakırı tercih sebebi yapar.

DNL Mühendislik %99 bakır kullanır — Cu-ETP veya Cu-DHP. Kalite seçimi iletkenlik ve kaynaklanabilirlik dengesine göre yapılır.

Toulouevski ve Zinurov bakır için ateş tarafı azami yüzey sıcaklığını yaklaşık 300 °C, düşük karbonlu çelik için yaklaşık 400 °C verir. Bakırın sınırı daha düşük olmasına rağmen pratikte avantajlıdır: iletkenliği yedi kat yüksek olduğu için aynı ısı akısında yüzey sıcaklığı zaten çok daha düşük kalır. Sınıra yaklaşmak için çok daha yüksek bir akı gerekir.

Evet, belirgin. Toulouevski ve Zinurov, yeterince deokside edilmemiş veya yeterince yoğun olmayan dökme bakırın ısıl iletkenliğinin rulo bakıra göre %15–20 daha düşük olduğunu belirtir. Ayrıca ısıl dayanım için eklenen %0,4 krom iletkenliği 1,5–2 kat düşürür. Malzeme seçimi bu nedenle yalnızca "bakır" demekle bitmez.

Akış dağılımı yüzünden. Soultanzadeh ve arkadaşlarının SN Applied Sciences'ta yayınlanan sayısal çalışması (2023, cilt 5, makale 99), yüksek ısı akısı ile düşük hızlı çekirdekli girdapların dirsek ve kavislerde sıcak nokta oluşturduğunu, mekanik hasarların bu noktalardaki ısıl gerilmeden kaynaklandığını göstermektedir. DNL Mühendislik soğutma devresini bu bölgelerde akış durgunluğu bırakmayacak şekilde tasarlar.

Bakırın hangi ısı yükünde gerektiğini, literatür verisiyle hesapladık:Su soğutmalı EAF paneli: çelik mi, bakır mı?

Soğutma devresinin işi, panelin dış yüzey sıcaklığını kritik değerin altında tutmak. Bakır cidar için bu sınır ≈300 °C (düşük karbonlu çelikte ≈400 °C). Aşıldığında aşınma hızlanıyor ve kısa sürede delinmeye yol açabiliyor. Tersi de geçerli: düşük yüzey sıcaklığında servis süresi yıllarla ölçülebiliyor. Devre tasarımının bütün amacı bu tek büyüklük.

Minimum debi basit bir bağıntıyla bulunuyor: V = Q / [1,15 · (t_çıkış − t_giriş)] m³/h; 20–60 °C aralığında hatası %1'in altında. Çıkış sıcaklığı sınırı suyun kalitesine bağlı — kimyasal olarak arıtılmamış suda tuz birikmesini önlemek için 40–50 °C aşılmamalı, arıtılmış suda bile 70 °C üzeri istenmiyor.

Ama asıl kısıt çıkış sıcaklığı değil, kaynama. Yerel kaynama oluştuğunda cidarın su tarafındaki yüzey sıcaklığı, o basınçtaki doyma sıcaklığının altına inemiyor. Sistem, bu sıcaklığın doyma sıcaklığının belirgin biçimde altında kalacağı şekilde tasarlanmak zorunda. Örnek: 40 mm kanal, 3 m/s su hızı, 30 °C giriş, 3 bar abs. basınç → doyma sıcaklığı 133,7 °C.

Yüksek su hızı tek başına güvence değil. 3–5 m/s mertebesinde dahi karmaşık kanal geometrisinde yüksek frekanslı su darbeleri oluşuyor; keskin köşelerin arkasındaki kötü yıkanan kesitlerde akış cidardan ayrılıyor ve hız kısa süreler için neredeyse sıfıra düşüyor. O bölgelerde balonlu ve filmli kaynama sürekli yer değiştiriyor — anında delinme olmasa da yüzey sıcaklığını ve aşınma hızını keskin biçimde yükseltiyor.

Buradan kritik bölge kavramı çıkıyor: kritik bölgede küçük bir alanın hızlı aşınması tüm panelin ömrünü keskin biçimde kısaltıyor. Kritik bölge, en yüksek ısı akılarının toplandığı ya da geometri gereği yeterli hız ve miktarda su götürülemeyen kesit; en kötü durum ikisinin aynı yerde birleşmesi. Dolayısıyla devre tasarımı ortalama hızı tutturmakla bitmiyor — her kesitte akışın cidardan ayrılmadığını göstermekle bitiyor.

Toulouevski & Zinurov 2013

Kendi devrenizin debi ve sıcaklık farkınıpanel soğutma hesaplama aracı ile kontrol edebilirsiniz.