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 a_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 a_пр, учитывающий совместное влияние кипения и конвективного теплообмена определяется следующим образом:

, при ;

, при ; (7.11)

, при ,

где a_к и a - соответственно независимо рассчитанные коэффициенты теплоотдачи при кипении и при конвективном теплообмене.

На рис.7.2 приведены графики зависимости приведенного коэффициента теплоотдачи a_пр от температуры поверхности Q и скорости потока жидкости w.

График зависимости приведенного коэффициента теплоотдачи a_пр от температуры поверхности Q 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 a_{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