CC BY
32
/¡гтге Г КтПГЛГГГЯ /17
-3 (62),2011 / If
It is shown that the maximum cooling ability of the flooded stream with diameter of 3,5 mm at input pressure of the cooler 0,1-0, 25 fiPa is reached at distance between the stream nozzle and the cooled surface, equal 8 mm.
Е. И. МАРУКОВИЧ, В. Ю. СТЕЦЕНКО, Р. В. КОНОВАЛОВ, ИТМНАН Беларуси
ИССЛЕДОВАНИЕ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ЗАТОПЛЕННОЙ СТРУИ ОХЛАДИТЕЛЯ
УДК 669.715
Затопленные струи охладителя характеризуются высоким конвективным теплообменом [1]. Они используются в струйных кристаллизаторах и устройствах затопленно-струйного вторичного охлаждения, которые позволяют получать отливки из силуминов с высокодисперсной микроструктурой без применения модификаторов [2]. Одним из основных параметров, влияющих на охлаждающую способность затопленной струи, является расстояние от ее сопла до поверхности охлаждения. Цель работы - исследование влияния расстояния между поверхностью охлаждения и соплом затопленной струи на ее охлаждающую способность. В качестве критерия охлаждающей способности был выбран коэффициент теплоотдачи от затопленной струи к поверхности охлаждения.
Коэффициент теплоотдачи рассчитывали, основываясь на измерениях теплового потока рассеиваемого на нагреваемом элементе, температуры охлаждаемой поверхности и температуры свободного потока охладителя, по следующей формуле:
а =
^ПОВ Тэхд
(1)
где q - тепловой поток; Тпов - локальная температура охлаждаемой поверхности; Тохл - температура основного потока охладителя. Была разработа-
Рис. 1. Схема исследовательской установки: 1 - бак; 2 - насос (К45/30); 3 - задвижки; 4 - манометр; 5 - расходомер; 6 - измерительное устройство
на исследовательская установка, схема которой представлена на рис. 1. Установка состоит из бака 1, насоса 2, задвижек 3, манометра 4, расходомера 5, измерительного устройства 6. Вода из бака 1 насосом 2 циркулирует по замкнутому контуру. Расход и давление охладителя регулируется с помощью двух задвижек 3 и фиксируется манометром 4 и расходомером 5. Вода проходит через измерительное устройство 6 и возвращается обратно в бак 1. В виду большого объема бака (3 м3) температура основного потока охладителя во время проведения экспериментов оставалась постоянной (Тохл = 18 °С).
Схема измерительного устройства показана на рис. 2. Вода входит в устройство через трубку 1 диаметром 3,5 мм. Далее струя перпендикулярно ударяется о фольгу 2, которая используется как нагреваемый элемент с поверхностью охлаждения. Расстояние L между соплом струи и охлаждаемой поверхностью (фольгой) изменяли с помощью по-
Рис. 2. Схема измерительного устройства: 1 - трубка; 2 -никелевая фольга; 3 -винт; 4 - медные электроды; 5 - источник постоянного напряжения; 6 - хромель-алюмелевая термопара
18/
аитм г: мстмммий
3 (62), 2011-
дающего винта 3. Расстояние Ь варьировали от 0,5 до 14 мм. Толщина никелевой фольги составляла 0,05 мм. Фольга была припаяна к двум медным электродам 4, площадь нагреваемой поверхности составляла £ = 10x10 мм2. Электроды подключались к источнику постоянного напряжения 5, дающего электрический ток силой I = 200 А. Сопротивление нагреваемого участка фольги составляло Я = 1,46-10-3 Ом. Тепловой поток, выделяемый
нагревательным элементом, составлял q = -
12 R
S
5,84 105 Вт/м2. Для предотвращения тепловых потерь корпус измерительного устройства был изготовлен из органического стекла. Температуру нагреваемой поверхности Гпов определяли с помощью хромель-алюмелевой термопары, которая была приварена к нижней стороне фольги. Толщина спая составляла 0,2 мм. Показание температуры фиксировали при помощи блока регистрирования температуры фирмы LG и ноутбука.
Эксперименты проводили при входном давлении воды, равном 0,1, 0,15, 0,2 и 0,25 МПа. Резуль-
95000
80000
£0
w 65000
50000
►^/3/4
1 2 ♦
10
15
L, мм
Рис. 3. Зависимость коэффициента теплоотдачи а от расстояния Ь между соплом струи и охлаждаемой поверхностью при различных входных давлениях охладителя: 1 - 0,1 МПа;
2 - 0,15; 3 - 0,2; 4 - 2,5 МПа
таты расчета коэффициента теплоотдачи по формуле (1) приведены на рис. 3. Из рисунка видно, что максимальный теплоотвод достигается при Ь = 8 мм.
Таким образом, установлено, что максимальная охлаждающая способность затопленной струи диаметром 3,5 мм при входных давлениях охладителя 0,1-0,25 МПа достигается при расстоянии между соплом струи и охлаждаемой поверхностью, равном 8 мм.
Литература
1. S t e v e n s J., W e b b B. W. Local Heat Transfer Coefficients Under an Axisymmetric, Single Phase Liquid Jet // Journal of Heat Transfer. 1991. Vol. 113. P. 71-78.
2. М а р у к о в и ч Е. И., С т е ц е н к о В. Ю. Модифицирование сплавов. Мн.: Беларуская навука, 2009.
