Teoria cieplna procesów odlewniczych

Transkrypt

1 Teoria ciepna procesów odewniczych Ćw. aboratoryjne nr 5 Okreśanie stopnia zwiżania powietrza oraz entapii właściwej powietrza wigotnego I. Wprowadzenie

2 ENTALPIA WILGOTNEGO POWIETRZA Entapię wigotnego powietrza odnosi się do sumy 1kg powietrzasuchego i x kg wigoci przypadającej na 1kg powietrza suchego: g p I = i + xi ig entapia 1kg powietrza suchego [kca/mo], ip entapia 1kg pary wodnej [kca/mo], x zawartość wigoci w [kg/kg] Da powietrza suchego ig wynosi: i c t g p = cp ciepło właściwe, w zakresie niskich temperatur cp=0,24 kca/mo, t temperatura powietrza [oc], Zatem: i t g = 0,24 Entapia pary wodnej w niskich temperaturach: i t p = ,47 Zatem entapia I wynosi: I = 0,24t + 595x + 0,47t x [kca/kg powietrza suchego] 1 [ca]=4,187 [J] WYKRES I-x (entapia zawartość wigoci) WYKRES RAMZINA SYSTEMY CHŁODZENIA KOKI Kokia (Rys.1) to forma odewnicza wieokrotnego użycia do odewania grawitacyjnego bądź odśrodkowego. Wzgędną temperaturę środka formy (osi waca) przy promieniowym przepływie ciepła w warunkach brzegowych III rodzaju (warunki Newtona), ujmuje równanie kryteriane:

3 Rys.1. Kokia do odewania tłoków auminiowych: 1 ruchoma częśd korpusu, 2 nieruchoma częśd korpusu, 3 podstawa korpusu, 4 układ wewowy Odewanie kokiowe stosuje się głównie do metai i stopów nieżeaznych, w szczegóności do auminium, cynku, ołowiu oraz stopów cyny. Kokia odtwarza kształt zewnętrzny odewu. Natomiast kształt wewnętrzny odewu odtwarzają rdzenie wykonane ze stai ub z mas rdzeniowych. W procesie kształtowania odewu meta, z którego wykonana jest forma nagrzewa się tracąc swoje właściwości, a tym samym zmienia kształt wnęki formy odewniczej. Może to doprowadzid do zafałszowanie kształtu jak i wymiarów odewu. Rozwiązaniem tego zjawiska jest odprowadzenia ciepła podczas krzepnięcia metau. Chłodzenie to może byd reaizowane w różny sposób poprzez: chłodzenie wodne płytami kontaktowymi chłodzenie nadmuchem powietrza chłodzenie koki w warunkach konwekcji naturanej i promieniowania. CHŁODZENIE NADMUCHEM POWIETRZA

4 Rys. 2. Schemat nadmuchu powietrza na kokię przez otwory w skrzyni powietrznej Współczynnik wymiany ciepła (α) w przypadku równomiernego nadmuchu sprężonym powietrzem obicza się z zaeżności: 0, 96 m v m w d e d e = 4(s /2s +),, s to długośd i szerokośd chłodzonej powierzchni Przy użyciu skrzyni powietrznej (Rys. 2) i za pomocą okrągłych otworów doprowadzających, współczynnik okreśa równanie: da da 0,625 8 s d e,993 Re s 0,625 8 m S 0,625 0,286 R e Pr s d d e 0,625 0,33 0 Pr 0,33 Gdy powietrze doprowadzane jest przez otwory szczeinowe (przekrój prostokątny) wtedy współczynnik wyraża się za pomocą równania: 0,346 0,89 S 0,89 0,33 0,0288 Re Pr s d d

5 CHŁODZENIE KOKIL W WARUNKACH KONWEKCJI NATURALNEJ Rys.3. Schemat do okreśenia współczynnika wymiany da konwekcji naturanej (powierzchnia pionowa kokii). Podczas swobodnego przepływu medium przy ścianach pionowych(konwekcja naturana), współczynnik wymiany ciepła wyicza się z równania kryterianego: N C C Gr 2 u 1 P r C 1, C 2 stałe G r kryterium Grasshofa G r 3 gde 2 vm T β m - współczynnik rozszerzaności objętościowej medium, Tabea 5.1. ν m epkośd kinematyczna m 2 /s

6 ΔT spiętrzenie temperatury przy ściance od strony medium, g = 9,81 m/s 2 G r x P r x x x x ,18 0,54 0,135 1/8 1/4 1/3 C 1 C 2 Tabea 1 wartości stałych C 1 i C 2 Na podstawie danych z Tabei 1 wyznaczyd można następujące zaeżności da różnych wartości ioczynu G r i P r, mianowicie: da G r x P r = 2 x ,135 r r G P 1/ 3 da G r x P r = 5 x x ,54 r r G P 1/ 4 Da wartości ioczynu G r x P r < 10-3 wzór ogóny upraszcza się do postaci: 0, 5 d e λ m współczynnik przewodzenia ciepła W/mK Wzór ogóny dotyczy powierzchni pionowych. Wymiarem charakterystycznym da rur jest ich średnica d e, da płyt wysokośd. W odniesieniu do płyt poziomych wymiarem charakterystycznym jest najmniejszy bok płyty, przy czym obiczoną za pomocą równania ogónego wartośd współczynnika przejmowania ciepła powiększa się o 30 %, jeżei powierzchnia oddająca ciepło zwrócona jest ku górze (Rys.3.) i zmniejsza się o 30 %, jeżei powierzchnia wymieniająca ciepło zwrócona jest ku dołowi (Rys.4.).

7 Rys.4. Schemat do okreśenia współczynnika wymiany da konwekcji naturanej (powierzchnia pionowa kokii). II. Przebieg dwiczenia Wyznaczanie współczynnika zawartości wigoci ( stopnia zwiżania) powietrza oraz entapii właściwej powietrza wigotnego 1. Okreśenie parametrów powietrza wigotnego: - ciśnienia przy pomocy manometru - temperatury za pomocą termometru 2. Wyznaczenie wigotności wzgędnej powietrza wigotnego przy użyciu psychrometru Assmanna 3. Wyznaczenie stopnia zwiżania X powietrza wigotnego przy pomocy wykresu Moiera i - x 4. Korzystając z zaeżności zamieszczonych we rozdziae 1 oraz wykresu Moiera i - x naeży wyznaczyd współczynnik zawartości wigoci (stopnia zwiżania) powietrza wigotnego oraz entapii właściwej powietrza wigotnego oraz sporządzid sprawozdanie z wykonanego dwiczenia aboratoryjnego.