П
Рис.5.8.
Резец с внутренним
Охлаждением
ример 2.В данном случае применяется
охлаждение инструмента путем подачи
охлаждающей среды в специальные каналы,
выполненные внутри инструмента (см.
рис. 5.8). Определить коэффициент теплоотдачи
от стенки резца к охлаждающей воде, если
скорость водыv = 1
м/с,средняя температура ее50С,aдиаметр каналаd
= 5мм. Так как в данном случае речь идет
о вынужденном движении жидкости,
определим режим движения с помощью
критерия Рейнольдса:
,
.
По табл. 6 определяем коэффициенты уравнения (5.17):
.
Для воды в достаточно широком диапазоне температур (без кипения):
,
тогда:
Вт/м2К.
Сравнивая результаты, полученные в примерах, можно сделать вывод, что значения коэффициента теплоотдачи в жидкой среде при вынужденной конвекции на несколько порядков превышают значения коэффициента теплоотдачи в газовой среде при свободной конвекции.
3.6. Обобщенный алгоритм и методика теплофизического анализа технологических систем при механической обработке
3.6.1. Обобщенный алгоритм теплофизического анализа
Выше были рассмотрены методы математического описания и экспериментального исследования тепловых процессов в твердых телах, жидкостях и газах. Теперь наша задача состоит в том, чтобы показать, как, опираясь на полученные закономерности, проводить теплофизический анализ(ТФА) конкретных процессов механической обработки с целью повышения эффективности этих процессов и качества изделий
Всякая ТС состоит из твердых тел, соприкасающихся между собой в той или иной последовательности, а также из жидкостей и газов, окружающих эти тела или циркулирующих внутри них. Каждое из твердых тел ТС имеет одну или несколько контактных поверхностей. Источники и стоки теплоты могут возникать как на этих поверхностях, так и за их пределами. Задача теплофизического анализа состоит в том, чтобы выяснить влияние совокупности источников и стоков, действующих в конкретной ТС, на температуру любого из компонентов этой системы [4].
В зависимости от целей анализа, могут быть поставлены задачи определить:
законы распределения температур на различных участках ТС;
средние температуры на поверхности тел;
максимальные температуры, которые возникают в ТС на наиболее нагруженных или ответственных участках.
Если в результате ТФА получена эта информация, то конструктор и технолог могут намечать пути управления тепловыми явлениями, решать
задачу об оптимизации системы, повышении производительности процессов обработки и качества изделий.
Обобщенный алгоритм ТФА.
Выяснить число и местоположение источников и стоков теплоты в системе или подсистеме. Установить время функционирования и мощность каждого из источников.
Определить размеры и конфигурацию площадок или объемов, внутри которых действуют источники или стоки теплоты. Установить (или принять) законы распределения плотности потоков для каждого источника истока.
Схематизировать форму и свойства твердых тел, а также форму и другие характерные особенности источников и стоков теплоты.
Принять вид математического описания граничных условий на поверхностях твердых тел, не занятых источниками и стоками теплоты.
Разработать структурную схему теплообмена.
Составить коды тепловых задач для каждого их твердых тел, входящих в структурную схему теплообмена.
В соответствии с кодом тепловой задачи установить вид теоретических расчетных формул и поправок к ним, полученным экспериментальным путем. По этим формулам составить расчетные выражения для определения средней температуры на каждой из контактных площадок каждого из твердых тел.
Решить совместно выражения для определения средних температур на контактных площадках соприкасающихся тел и таким путем рассчитать плотности итоговых потоков теплообмена между твердыми телами, входящими в ТС.
Окончательно сформулировать математические закономерности, отвечающие целям ТФА (распределение температур, средняя или наибольшая температура).
Разработать предложения по оптимизации процессов и конструкций в ТС, вытекающих из ТФА.
Рассмотрим подробнее новые понятия: структурная схема теплообмена и итоговые потоки теплообмена.