The influence of selected parameters of water spray cooling on the heat transfer coefficient

• Autorzy: Cebo A. , Buczek A.

Warianty tytułu

PL

Wpływ wybranych parametrów procesu chłodzenia natryskiem wodnym na współczynnik przejmowania ciepła

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The water spray cooling is widely used in many industrial processes like metallurgy microelectronics, nuclear safety and aerospace engineering. The metallurgical industry uses spray cooling for quenching of iron ingots and cooling of strands in continuous casting process. A parameter which has a great influence on microstructure and residual stresses in steel specimens is the heat transfer coefficient. This parameter allows to control the cooling rate and thus allows to improve and optimize productivity and quality of the products. There are many parameters affecting the heat transfer coefficient, which include the physics of the cooling process, the properties of cooling material and properties of the cooling medium. In this paper an experimental study was made to determine the effect of water spray cooling parameters on the heat transfer from a hot metal surface. The investigated parameters were water flux density, the distance of the spray nozzle from the cooling surface and the spray pressure. The experimental sample were metal cylinders of 20 mm in diameter and 20 mm long, which were heated in a resistance heater furnace to about 530°C and then rapidly and symmetrically cooled by water spray using the full cone water nozzle. To measure the temperature inside the cooling indicators, three fast response thermocouples were used. The heat transfer coefficient was determined by the boundary inverse problem of heat conduction. A finite element method has been applied to solve the problem. As a result, cooling curves expressing the heat transfer coefficient as a function of surface temperature were obtained.

PL

Chłodzenie natryskiem wodnym stosuje się w wielu dziedzinach przemysłowych jak na przykład metalurgia, mikroelektronika czy inżynieria kosmiczna. W przemyśle metalurgicznym chłodzenie natryskiem wodnym jest wykorzystywane do polep­szenia i zoptymalizowania wydajności i jakości produktów wytwarzanych w procesach odlewania, kucia czy obróbki cieplnej. Parametrem, który pozwala kontrolować proces chłodzenia jest współczynnik przejmowania ciepła. Określenie zmian współczynnika przejmowania ciepła w procesie chłodzenia jest zadaniem trudnym ponieważ jest on zależny od szeregu różnych parametrów do których zalicza się: fizykę procesu chłodzenia, własności chłodzonego materiału oraz własności medium chłodzącego. W pracy przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych dotyczących wpływu wybranych parametrów procesu chłodzenia natryskiem wodnym na współczynnik przejmowania ciepła podczas chłodzenia metalowej próbki. Parametrami tymi były: gęstość strumienia wody, odległość dyszy od czoła powierzchni chłodzonej oraz ciśnienie wody. Próbką do badań był metalowy walec o średnicy 20 mm i wysokości 20 mm, który nagrzewano w piecu oporowy, a następnie gwałtownie chłodzono przy pomocy natrysku wodnego. Do badań użyto dyszy rozpylającej pełnostożkowej. Do pomiaru temperatury wykorzystano termoelementy typu K. Współczynnik przejmowania ciepła określano poprzez rozwiązanie brzegowego odwrotnego zagadnienia przewodzenia ciepła. Do rozwiązania problemu wykorzystano metodę elementów skończonych. Otrzymane wyniki przedstawiono w postaci zależności współczynnika przejmowania ciepła od temperatury chłodzonej powierzchni.

Słowa kluczowe

EN

spray cooling; heat transfer coefficient; boundary inverse problem; heat conduction

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Computer Methods in Materials Science
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. 9, No. 2
• Strony: 200--206
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys.

Twórcy

autor

Cebo A.

autor

Buczek A.

• Akademia Górniczo-Hutnicza faculty of Metals Engineering and Industrial Computer Science Department of Heat Engineering and Environment Protection Mickiewicza 30, 30-059 Kraków,

Bibliografia

• 1.  Buczek, A., Telejko, T., Inverse determination of boundary conditions during boiling water heat transfer in quenching operation, J. Mat. Proc. Techn., 155-156, 2004, 1324-1329.
• 2.  Chen, R.H, Chow, L.C., Navedo, J.E., Optimal spray characteristics in water spray cooling, Int. J. Heat and Mass Transfer, 47, 2004, 5095-5099.
• 3.  Ciofalo, M., Di Piazza, L, Brucato, V., Investigation of the cooling of hot walls by liquid water sprays, Int. J. Heat and Mass Transfer, 42, 1999, 1157-1175
• 4.  Heming, Ch., Xieqing, H., Jianbin, X., Comparison of surface heat - transfer coefficients between various diameter cylinders rapid cooling, J. Mat. Proc. Techn., 138, 2003, 399-402.
• 5.  Heming, Ch., Xieqing, H., Jianbin, X., Comparison of surface heat - transfer coefficients between various diameter cylinders rapid cooling, J. Mat. Proc. Techn., 138, 2003, 399-402.
• 6.  Hsieh, S. -S., Fan, T. -Ch., Tsai, H. -H., Spray cooling characteristics of water and R-134a. Part II: transient cooling, Int. J. Mass and Heat Transfer, 47, 2004, 5713-5724.
• 7.  Kang, M. -G., Effect of surface roughness on pool boiling heat transfer, Int. J. Heat and Mass Transfer, 43, 2000, 4073-4085
• 8.  Kim, J., Spray cooling heat transfer: The state of the art, Int. J. Heat and Fluid Flow, 28, 2007, 753-767.
• 9.  Puschmann, F., Specht, E., Transient measurements of heat transfer in metal quenching with atomized sprays, Experimental Thermal and Fluid Science, 28, 2004, 607-615.