Файл: Шичков А.Н. Температурный режим листопрокатных валков.pdf

В качестве критериев, определяющих теплообмен, примем Reo6jl, ReBp и Pr. Учитывая, что температура поверхности валка почти не отличается от температуры охлаждающей жидкости, можно не вво­ дить в критериальное уравнение отношение (Pr^/Pr^).

Скорость струи и расход, зависящий от ширины эквивалентной щели /г, определяемой по формуле (III.4), могут по-разному влиять на теплообмен. Поэтому естественно учесть влияние расхода через симплекс hlh0, где /г0 —• масштаб для измерения ширины щели, равный, например, 1 мм. Принимая во внимание квадратичный за­ кон сопротивления и теплоотдачи в пограничном слое, будем счи-

Рис. 32. Nuf = I (0,5 Re^jjp + Ref0ÖJ1+ Crf) Prf от комбинирован­

ного критерия при поперечном обтекании вращающегося цилиндра по данным [99]

тать, что в критериальном уравнении показатели степени при чис­ лах Рейнольдса вдвое выше, чем при числе Прандтля. Подобный характер имеют формулы Этемада (III.7) и Кэйса (III.8). Тогда ком­ бинированный критерий подобия принимает вид

а критериальное уравнение будем искать в виде

№ , = С, {[Re=00jl (№ „)"+С, Re*„„] Pr,}". (ШЛО)

Постоянные Сх, С2 и показатели степени т, п должны быть полу­ чены опытным путем.

12

§ 2. Экспериментальные исследования теплообмена валка при струйном охлаждении

Стенд для экспериментального исследования процесса конвек­ тивного теплообмена Череповецкого филиала СЗПИ состоит из двух основных частей (рис. 33): станции подачи охлаждающей жидко­ сти и модели валка. Станция работает следующим образом: вода или эмульсия насосами 9 типа 2,5 ЦВ-1,1 М и 10 типа ІѴг К-6 за­ бирается из бака 11 объемом 1 м3 и по напорному трубопроводу че­ рез компенсационный ресивер 8 подается в мерный участок. Для получения широкого диапазона расхода и давления жидкости вса­ сывающие и нагнетательные трубопроводы насосов выполнены та­ ким образом, что оба насоса могут работать как автономно, так и совместно по параллельной или последовательной схемам. По ходу мерного участка установлены: термометр, регулирующий вентиль, мерная шайба с дифманометром 7, электрический нагреватель 6, термометр, электрический запорный клапан 5 и регулирующий клапан.

Далее жидкость по гибкому трубопроводу поступает в брызгальный коллектор 4, откуда подается на валок 2. За нагревателем 6 в мерный участок врезан обводный трубопровод с электрическим запорным регулирующим вентилем, по которому жидкость посту­ пает в бак 11. В этот же бак по возвратному трубопроводу поступает вода из мерного бачка 14.

По ходу возвратного трубопровода установлены электрический запорный клапан, змеевиковый холодильник 12 и регулирующий вентиль. Схемой предусмотрена возможность сбрасывания воды из возвратного трубопровода в канализацию. В нижней части компен­ сационного бачка 8 смонтирован дренажный трубопровод, посредст­ вом которого вся жидкость или ее часть может быть сброшена в бак или канализацию. Чтобы исключить загрязнение жидкости от кор­ розии, бак и трубопроводы выполнены из стали 1Х18Н9Т. Брызгальный коллектор 4 и съемники воды 3 крепятся на специальных кронштейнах, позволяющих устанавливать их в любом требуемом положении. Модель валка 2 с токосъемником термопар 1 и тахогенератором 13 смонтированы на металлическом столе-, заделанном в бетонный фундамент.

Модель валка (рис. 34) представляет собой алюминиевый сплош­ ной цилиндр 5 с диаметром D = 150 мм (исследования проводи­ лись и при D — 200 мм) и длиной бочки L — 500 мм. Поверхность его шлифована и по чистоте обработки соответствует поверхности натурного валка. Указанное выше соотношение диаметра и длины бочки выбрано с целью исключить влияние теплообмена торцов на радиальное температурное поле модели. Двумя текстолитовыми конусами 16 эта модель установлена в металлических конусах-опо­ рах 4, что позволяет термоизолировать ее от опорных подшипни­ ков. Каждая из двух опор имеет пару роликовых подшипников, запрессованных в корпусе 2. Чтобы исключить попадание воды

114

ПодВод горячей и холодной Воды

Рис. 33. Схема экспериментального стенда для исследования конвективного теплообмена валкой

А. Н. Шичков

рактеристикам сопел, полученным на специальных тарировочных установках.

Вместо описанного коллектора на стенде могут быть испытаны коллекторы других, конструкций, применяемые и проектируемые для современных станов. Вообще описанный стенд может быть ис­ пользован для широкого круга исследований, связанных с опреде­ лением наиболее рациональных способов и устройств для охлажде­ ния или подогрева рабочих и опорных валков листовых прокатных станов.

Исходя из поставленной задачи нас будет интересовать средний коэффициент теплоотдачи аср, отнесенный ко всей поверхности вращающегося валка при струйной подаче воды. Поэтому наиболее целесообразно определять его методом регулярного режима. Тео­ рия метода изложена в [35].

Суть экспериментов заключается в следующем. Валок предва­ рительно разогревают электроспиралями, размещенными внутри него, до температуры 90—95° С. Затем питание спиралей отключают и модель приводят во вращение. Первые две минуты для выравни­ вания радиального температурного поля валок вращают без охлаж­ дения жидкостью, а затем включают подачу воды. Записывают термоЭДС термопары, находящейся в среднем сечении валка. Когда тем­ пература в центре валка станет равной температуре охлаждающей воды, опыт заканчивают. Расход воды, расположение коллектора и скорость вращения устанавливают в соответствии с задачей дан­ ного опыта.

Расчет коэффициента теплоотдачи выполняют следующим об­ разом. По результатам замеров строят график, где по оси абсцисс откладывают время в секундах, а по оси ординат — логарифм, со­ ответствующий разности температур центра валка и охлаждающей жидкости. Через полученные точки проводят соединяющую их пря­ мую линию. Далее рассчитывают темп охлаждения т (тангенс угла наклона полученной прямой к оси абсцисс)..

После этого рассчитывают критерий

где а — коэффициент температуропроводности, равный для алюми­

ния 328-10-3 м2/ч; /гф — коэффициент формы, равный для цилин­ дрического валка с размерами, реализованными на стенде, &ф =

= (DB/4,81)2 = 0,935КГ3 м2.

Таким образом, зависимость критерия £ от темпа охлаждения т для данной модели имеет вид £ = 0,053 У т .

При критерии £ из табл. 3 выбирают критерий ф. Средний ко­ эффициент теплоотдачи аср, отнесенный к площади боковой по­

верхности валка F, вычисляют по формуле

следований опыты велись в сравнительно узком диапазоне скоро­ стей вращения валка (совр 2,4 м/с) и удельных расходов охлаж­ дающей жидкости (до 18 см3/(см-с)). Опыты ставили при подаче воды из брызгальных коллекторов прямотоком (т. е. на половину цилиндра, где окружная скорость направлена вниз) и противото­ ком, когда вода стекает по поверхности, движущейся в противо­ положном направлении. По верхней образующей цилиндра был установлен съемник, имитирующий опорный валок, который ис­ ключал перетекание воды противоточной поверхности на прямо­ точную.

Результаты опытов этого этапа в виде критериальной зависи­ мости NUf = f (Re^ обл) представлены на рис. 36. Они показали,

что в воспроизведенном диапазоне условий охлаждения коэффи­ циент теплоотдачи практически не зависит от оборотов валка и в основном определяется удельным расходом жидкости. С ростом расхода (зона I) теплообмен сначала заметно усиливается, а потом (зона II) меняется слабо. Интенсивность теплообмена при противоточном обтекании на 5—10% выше, чем при прямоточном.

116