Metodika vyhodnocování intenzity chlazení vodního paprsku dopadajícího na svislý povrch

Methodology of Evaluation of Intensity of Cooling of Water Jet Impinging on the Vertical Surface

journal article - other

Czech

Pro mnoho průmyslových aplikací je velmi podstatný vliv teplotních změn v materiálu během výroby. Zvláště pak v chladicích procesech, kde se dosahuje vysokých intenzit chlazení a tím i velkých gradientů teplot. Znalost intensity chlazení je potřebná, jako okrajová podmínka pro numerické simulace. Okrajové podmínky se získávají experimentální cestou a následným vyhodnocením. Tento článek se zabývá vyhodnocením intenzity chlazení pro chlazení svislé plochy s počáteční teplotou větší, než je Leidenfrostova teplota pro tento typ chlazení. Cílem je na základě experimentálně změřených teplot během chlazení stanovit okrajovou podmínku na chlazeném povrchu. Chlazení je realizováno pomocí plochého paprsku vody, který dopadá na horní okraj svislé plochy, a to poté, co se vodní paprsek dotkne povrchu, po něm volně stéká směrem dolů. Okrajovou podmínku je potřeba stanovit jako funkci teploty a vertikální polohy, protože se intenzita chlazení mění se vzdáleností od místa dopadu vodního paprsku. Změřené teploty jsou získávány z M termočlánků, které jsou rozmístěny v různých výškách blízko chlazeného povrchu. Popsaný typ chlazení odpovídá kontinuálnímu lití hliníku v provozní praxi. K jeho řešení se používají inverzí úlohy vedení tepla (například 2D sekvenční metoda specifikace funkce). Získaná řešení můžou byt značně zkreslená v důsledku tzv. Leidenfrostovu jevu, který v tomto speciálním typu chlazení vytvoří ostrou hranici mezi přechodovým a blánovým varem. Tato hranice se navíc během experimentu pohybuje ve svislém směru. Řešení problému je navrženo ve formě modifikace běžných metod o posuvné výpočetní hranice. Vliv popsané metody na výsledky je testován na reálných datech z experimentů.

Influence of the temperature change in various materials during their processing is important for many industrial applications. Especially for cooling process wherein high cooling intensity are achieved, which causes large temperature gradient. Cooling intensities are needed as a boundary condition for numerical simulation. Boundary conditions are obtained by experimental investigation and subsequent evaluation. This article deals with evaluation of cooling intensity at cooling of vertical surface with initial temperature greater than the Leidenfrost temperature for this type of cooling. The objective is determined by the boundary conditions on the cooled surface based on the temperature recordings from the experiment. Cooling is carried out by flat water jet, which hits the upper part of the cooling surface. Water flows down along the surface after the water jet touches the surface. The boundary conditions should be estimated as a function of temperature and vertical position, because the cooling intensity varies with the distance from the impingement zone. The measured temperatures are obtained from M thermocouples placed close to the cooling surface in different vertical positions. Described type of cooling corresponds to the DCcasting of aluminum. Methods for solving the inverse heat conduction problem are usually used for solving this type of task (for example 2D sequential function specification method can be used). Unfortunately the obtained results can be distorted by special cooling mode caused by the Leidenfros effect. Sharp border between the transient and film boiling mode is created by the Leidenfrost effect and by special type of cooling. Moreover the border is shifting during the experiment. This problem is detailed in detail in this article. Possible solution is designed in a form of modification of common computation methods by shifting computation elements borders. The effect of application of the described method is shown on real data from experiments.

2D inverzní úloha; intenzita chlazeni; Leidenfrostův jev; kontinuální lití hliníku

2D inverse task; cooling intensity; Leidenfrost effect; DC-casting of aluminum

KOMÍNEK, J.; GUZEJ, M.; HORSKÝ, J.

2015

2. 9. 2015

Ocelot s.r.o

Ostrava - Vítkovice

0018-8069

Hutnické listy

LXVIII

4

Czech Republic

26

30

5