Dynamics of liquid-solid contact on a hot solid surface that determines quenching point

确定淬火点的热固体表面上的液固接触动力学

基本信息

批准号：
21H01264
负责人：
河野正道
金额：
$ 11.15万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

環境制御型スプレー冷却装置の構築を行い，金属試料を加熱する際の表面酸化皮膜成長を防いでの実験を可能とした．純鉄試料のスプレー冷却におけるアルゴン雰囲気圧力を0.1～0.5 MPaで変化させて冷却曲線を得た結果，すべての圧力にて膜沸騰領域および核沸騰領域が観測され，冷却速度の大きな違いは膜沸騰領域で顕著に見られた．圧力が高くなるにつれて冷却速度が高くなり，クエンチ温度も圧力が高くなるにつれて上昇したが，クエンチを経て核沸騰領域となると圧力による冷却速度の差は見られなかった．またスプレー冷却における体積流量密度を増加させると，クエンチ点に達するまでの時間は短縮されるが，クエンチ温度は大きく変化しなかった．クエンチ温度に関しては上向き平板のプール膜沸における整理式にて推算可能かを検討した．これまでに提案されているいくつかの整理式から推算されるクエンチ温度と実験結果を比較検討した結果，Caiらのモデルが良好にクエンチ温度を推算できることが分かった．実験および液滴衝突モデルに基づく解析により，試料の全放熱量に対する各伝熱形態が占める割合を検討した．雰囲気圧力が0.1 MPaから0.5 MPaに増加すると，伝熱量の合計は約2倍に向上している．さらに膜沸騰領域における単一の液滴による伝熱量を検討すると，実際には液滴と表面が蒸気膜で完全に分離された状態で無く，膜沸騰領域でも一時的に局所的な固液の接触が生じており，この接触が表面から水への伝熱にそれなりに寄与していると考えられる結果が得られた．

建造了环境控制的喷雾冷却装置，从而使实验在加热金属样品时可以防止表面氧化物膜的生长。纯铁样品在喷雾冷却过程中的氩气压从0.1更改为0.5 MPa，以获得冷却曲线。在所有压力下都观察到薄膜沸腾和成核区域，并且在薄膜沸腾区域观察到冷却速率很大。随着压力的增加，冷却速率增加，并且随着压力的增加，淬火温度也会增加，但是当淬火和成核沸腾区达到成核沸腾区域时，由于压力而没有观察到压力差异。此外，在喷雾冷却过程中增加体积流量密度会缩短直到达到淬火点的时间，但淬灭温度不会显着变化。我们研究了是否可以使用分类方法来估计淬灭温度，以使面向向上的板的池沸腾。在比较并检查了从几个提出的公式和实验结果估计的淬火温度之后，发现Cai等人的模型可以很好地估计淬火温度。通过基于液滴冲击模型的实验分析和分析，检查了每种传热形式与样品总散热量的比率。当大气压从0.1 MPa增加到0.5 MPa时，总热传递量增加了约两倍。此外，当我们通过膜沸腾区域中的单滴检查热传递量时，我们发现实际上，液滴和表面并未被蒸气膜完全分离，并且在膜沸腾区域也发生了局部固定液接触，并且认为这种接触被认为有助于从表面传播到水到水。