Експериментальне дослідження елементарних актів гідродинаміки та теплообміну при взаємодії крапель і плівки води з поверхнею прокатного валку

Abstract

Проведено експериментальні дослідження граничних умов теплообміну для термонапруженого стану прокатних валків під час їх обробки в установці теплової підготовки під час зрошення поверхні плоскофакельними форсунками. Показано, що гідродинамічні умови на поверхні, що зрошується, формуються як в результаті надходження з плоскофакельної форсунки «первинної» диспергованої води, так і «вторинної» рідини, що надходить із сусідніх ділянок у вигляді відбитих крапель і плівок. Вплив на теплообмін окремих факторів, що формують гідродинамічні умови на зрошувальній поверхні, вивчався окремо. Інтенсивність тепловіддачі досліджувалася залежно від густини зрошення, перепаду тиску на плоскофакельній форсунці та температури охолоджуваної поверхні при натіканні «первинного» крапельного потоку на поверхню теплообміну. Локальні значення густини зрошення краплями поверхні під факелом плоскофакельної форсунки вимірювалися за допомогою добірної трубки, що переміщується координатником. При цьому виключалося потрапляння до неї «вторинної» рідини. Питомий тепловий потік та коефіцієнт тепловіддачі визначався за допомогою тепломіра, виконаного з ніхромової стрічки, що нагрівається постійним струмом. При цьому забезпечувалась ізотермічність поверхні вимірювальної ділянки. Термопарами вимірювали температуру нижньої поверхні стрічки, і потім розраховувалася стаціонарна температура верхньої зрошуваної краплями поверхні тепломіра. В результаті багатофакторного аналізу експериментальних даних отримано кореляційну залежність коефіцієнта теплообміну від локальних умов зрошення поверхні тепломіра. Також проводилися дослідження теплообміну під час течії плівки води поверхнею тепломіра. Аналогічна ситуація має місце при розтіканні води із зон зрошення поверхні валка сусідніми плоскофакельними форсунками. Отримана кореляційна залежність коефіцієнта тепловіддачі від швидкості руху плівки води та температури поверхні, що охолоджується. Дослідження тепловіддачі при спільній взаємодії з поверхнею теплообміну плівки води, що рухається, і крапельного потоку, що надходить від плоскофакельної форсунки, показали, що інтенсивність тепловіддачі становить приблизно 80-90 % від арифметичної суми коефіцієнтів, отриманих при роздільному охолодженні тепломіра краплями і плівкою води.

Experimental studies of the boundary conditions of heat transfer for the thermally stressed state of casting rollers while are spraying with flat-jet nozzles in a thermal preconditioning unit have been carried out. It is shown that the hydrodynamic conditions on the sprinkling surface are formed as a result of both the influx of "primary" dispersed water from the flat jet nozzle, and the "secondary" liquid coming from neighboring areas in the form of reflected drops and films. The heat transfer effecting individual factors that form the hydrodynamic conditions on the sprinkling surface was studied separately. The heat transfer intensity was studied depending on the spraying density, the injection-pressure drop and the temperature of the cooled surface when the "primary" drop flow runs in the heat exchange surface. The local sprinkling density of droplets on the surface under the flat-jet nozzle spray were measured using a sampling tube moved by a coordinator. At the same time, the ingress of “secondary” liquid into it was excluded. The specific heat flux and heat transfer coefficient were determined using a heat meter made of a nichrome tape heated by direct current. In this case, the isothermality of the surface of the measuring section was ensured. Thermocouples measured the temperature of the lower surface of the tape, and then the stationary temperature of the upper surface of the heat meter sprinkled with drops is calculated. As a result of the multivariate analysis of the experimental data, the correlation dependence of the heat transfer coefficient in dependance on the local spraying conditions of the heat meter surface was obtained. Also, studies of the heat transfer during water film flow over the heat meter surface were carried out. A similar situation takes place when water spreads between the adjacent nozzles sprinkling zones of the roller surface. The correlation dependence between the heat transfer coefficient, the water film speed and the cooled surface temperature was obtained. Studies of heat transfer during combined influence of moving water film and a flat-jet nozzle drop flow on the heat exchange surface showed that the heat transfer rate is approximately 80–90 % of the arithmetic sum of the coefficients obtained by separate cooling the heat meter with drops and a water film.