3. Регулярный режим охлаждения твердых тел

Рассчитанные коэффициенты теплоотдачи позволяют оценить скорость и время охлаждения в различных средах нагретых в процессе механообработки элементов технологических систем при регулярном режиме охлаждения. Для регулярного режима охлаждения характерен экспоненциальный закон изменения температуры ()от времени:

, , (7.7)

где (0) – температура нагретого тела в начальный момент охлаждения; m_о – скорость охлаждения, S,V – соответственно площадь поверхности и объем охлаждаемого тела; с – массовая теплоемкость,  - плотность вещества.

При заданной температуре охлаждения _охл может быть рассчитано время охлаждения:

. (7.8)

При прочих равных условиях время охлаждения в жидкой среде в сравнении с воздухом значительно ниже. Соотношение этих времен характеризуется коэффициентом К, позволяющем оценить эффективность использования в качестве охлаждающих сред различных жидкостей в сравнении с воздухом:

. (7.9)

4. Теплоотдача при вынужденной конвекции среды

Для расчета коэффициента теплоотдачи при вынужденной конвекции среды, возникающей в случае принудительного движения жидкости или газа, критериальное уравнение (7.2) обычно представляют в виде:

, (7.10)

где - поправка, учитывающая изменение теплоотдачи при наклоне струи под углом  (при  = 90  = 1); Pr_O, Pr_S – значения критерия Прандтля при температурах омывающей среды и омываемой поверхности соответственно. направление потока теплоты в охлаждающей среде

В этом случае коэффициент теплоотдачи зависит от скорости перемещения среды и условий теплообмена

5 Теплообмен при изменении агрегатного состояния жидкости

Указанные зависимости справедливы в случае, если температура водной среды не достигает температуры кипения, то есть не превышает 100С . Известно, что на поверхностях деталей и инструмента в процессе механообработки возникают значительно более высокие температуры, достигающие в зоне резания 800С - 1000С. В этом случае необходимо учитывать особенности теплообмена при изменении агрегатного состояния жидкости – кипении.

При естественной конвекции наибольший эффект от применения охлаждающей жидкости обеспечивается в пузырьковом режиме кипения, когда наблюдается максимально возможные образование и отрыв пузырьков пара от нагретой поверхности и коэффициент теплоотдачи увеличивается. Для воды и водных растворов этот диапазон соответствует С .

При более высокой температуре пузырьковый режим кипения переходит в пленочный. Пленка пара увеличивает термическое сопротивление, коэффициент теплоотдачи снижается, а при температуре свыше 235С остается практически постоянным.

Коэффициент теплоотдачи в кипящую жидкость _к определяется следующим образом:

, при С;

, при С; (7.10)

, при С.

Движение жидкости по отношению к нагретой заготовке вносит изменения в процесс кипения. Движущаяся жидкость срывает паровые пузырьки с поверхности тела и ослабляет процесс пузырькового кипения, а также разрушает паровую пленку. Приведенный коэффициент теплоотдачи _пр, учитывающий совместное влияние кипения и конвективного теплообмена определяется следующим образом:

, при ;

, при ; (7.11)

, при ,

где _к и  - соответственно независимо рассчитанные коэффициенты теплоотдачи при кипении и при конвективном теплообмене.

На рис.7.2 приведены графики зависимости приведенного коэффициента теплоотдачи _пр от температуры поверхности  и скорости потока жидкости w.

Г рафик зависимости приведенного коэффициента теплоотдачи _пр от температуры поверхности  в этой зоне (рис.7.2а) свидетельствует о том, что в области температуры 120°С имеет место значительное повышение коэффициенту теплоотдачи, его максимальное значение равняется _{пр max} = 4,6510⁴ Вт/м² С.

При струйно-напорной подаче коэффициент теплоотдачи практически не зависит от температуры и на него не влияет изменение агрегатного состояния охлаждающего среды – кипения.

Лекция 8. Влияние смазочно-охлаждающих технологических сред