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Orts- und temperaturabhängige Wärmeübergangskoeffizienten bei der Sprühkühlung von AlSi10Mg-Gussplatten

Spatial- and temperature-dependent heat transfer coefficients during spray-cooling of cast AlSi10Mg discs

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Forschung im Ingenieurwesen Aims and scope Submit manuscript

Zusammenfassung

Gegenstand der vorliegenden Untersuchungen ist die orts- und temperaturabhängige Bestimmung und Modellierung der von den Sprüheigenschaften von Rund- und Flachstrahldüsen innerer Mischung bestimmten Wärmeübergangskoeffizienten. Thermographisch gemessene Abkühlverläufe von einseitig sprühgekühlten Scheiben einer Aluminium-Gusslegierung des Typs AlSi10Mg dienen als Ausgangsdaten für die Berechnungen der Wärmeübergangskoeffizienten. Diese erfolgen anhand des Modells einer halbunendlichen Platte gelöst mittels einer Reihenentwicklung. Beim einseitigen Sprühkühlen von Platten kann eine Abhängigkeit der Wärmeübergangskoeffizienten von dem Abstand zum Beaufschlagungszentrum und der Oberflächentemperatur bestimmt und modelliert werden. Der in anderen Arbeiten beobachtete Einfluss der Sprühparameter und der Werkstücktemperatur auf den Wärmeübergangskoeffizienten kann bestätigt werden.

Abstract

The purpose of the current investigations is the measurement and modelling of the heat transfer coefficients’ spatial and temperature dependency, which are determined for the spraying properties of circular and flat fan nozzles. Thermographically measured cooling curves from spray-cooled discs of an AlSi10Mg aluminium cast-alloy serve as data for calculating the heat transfer coefficients. The computation is carried out by means of a model which uses the series solution for a semi-infinite plate. The heat transfer coefficients could be determined and modelled as a function of both the location of an impinging spray on a plate’s surface as well as the surface temperature. The influence of the spraying parameters air pressure and water pressure as well as the test piece temperature on the heat transfer coefficients, which were observed in other research, is confirmed.

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Abbreviations

a :

Temperaturleitfähigkeit [m2/s]

Bi:

Biot-Zahl [–]

c :

Spezifische Wärmekapazität [J/(kg ⋅K)]

Fo :

Fourierzahl [–]

R :

Radius [m]

T :

Temperatur [K]

T 0 :

Starttemperatur [K]

T W :

Wandtemperatur der Scheibe [K]

T ∞ :

Fluidtemperatur [K]

t :

Zeit [s]

X :

halbe Plattendicke [m]

x :

Laufkoordinate in axialer Richtung [m]

α :

Wärmeübergangskoeffizient [W/(m2⋅K)]

α R :

Wärmeübergangskoeffizient an der Spray zugewandten Seite [W/(m2⋅K)]

α V :

Wärmeübergangskoeffizient an der Spray abgewandten Seite [W/(m2⋅K)]

ρ :

Dichte [kg/m3]

λ :

Wärmeleitfähigkeit [J/(K⋅m⋅s)]

δ :

Distanz [mm]

δ k :

Eigenwerte der transzendenten Gleichung [–]

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Authors and Affiliations

  1. Institut für Werkstoffkunde, Leibniz Universität Hannover, An der Universität 2, 30823, Garbsen, Germany

    D. Rodman, K. Kerber, Z. Yu, I. Mozgova, F. Nürnberger & F.-W. Bach

Authors
  1. D. Rodman
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  2. K. Kerber
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  3. Z. Yu
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  4. I. Mozgova
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  5. F. Nürnberger
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  6. F.-W. Bach
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Rodman, D., Kerber, K., Yu, Z. et al. Orts- und temperaturabhängige Wärmeübergangskoeffizienten bei der Sprühkühlung von AlSi10Mg-Gussplatten. Forsch Ingenieurwes 75, 25–34 (2011). https://doi.org/10.1007/s10010-011-0131-x

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