Metodika vyhodnocování intenzity chlazení vodního paprsku dopadajícího na svislý povrch  

Ing. Jan Komínek1, Ing. Michal Guzej1, prof. Ing. Jaroslav Horský, CSc.1 

1Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, Laboratoř přenosu tepla a proudění, Technická 2896/2, 616 69 Brno, Česká republika 

Pro mnoho průmyslových aplikací je velmi podstatný vliv teplotních změn v materiálu během výroby. Zvláště pak v chladicích procesech, kde se dosahuje vysokých intenzit chlazení a tím i velkých gradientů teplot. Znalost intenzity chlazení je potřebná, jako okrajová podmínka pro numerické simulace. Okrajové podmínky se získávají experimentální cestou a následným vyhodnocením. 

Tento článek se zabývá vyhodnocením intenzity chlazení pro chlazení svislé plochy s počáteční teplotou větší, než je Leidenfrostova teplota pro tento typ chlazení. Cílem je na základě experimentálně změřených teplot během chlazení stanovit okrajovou podmínku na chlazeném povrchu. Chlazení je realizováno pomocí plochého paprsku vody, který dopadá na horní okraj svislé plochy, a to poté, co se vodní paprsek dotkne povrchu, po něm volně stéká směrem dolů. Okrajovou podmínku je potřeba stanovit jako funkci teploty a vertikální polohy, protože se intenzita chlazení mění se vzdáleností od místa dopadu vodního paprsku. Změřené teploty jsou získávány z M termočlánků, které jsou rozmístěny v různých výškách blízko chlazeného povrchu. Popsaný typ chlazení odpovídá kontinuálnímu lití hliníku v provozní praxi. K jeho řešení se používají inverzí úlohy vedení tepla (například 2D sekvenční metoda specifikace funkce). Získaná řešení mohou být značně zkreslená v důsledku tzv. Leidenfrostovu jevu, který v tomto speciálním typu chlazení vytvoří ostrou hranici mezi přechodovým a blánovým varem. Tato hranice se navíc během experimentu pohybuje ve svislém směru. 

Řešení problému je navrženo ve formě modifikace běžných metod o posuvné výpočetní hranice. Vliv popsané metody na výsledky je testován na reálných datech z experimentů. 

Klíčová slova: 2D inverzní úloha; intenzita chlazeni; Leidenfrostův jev; kontinuální lití hliníku