Влияние радиальных потоков затопленных струй электролита на распределение температуры цилиндрического образца

Цель работы Изучение распределения температуры по высоте обрабатываемой детали при горизонтальной подаче электролита через совокупность затопленных струй, формируемых распределительным кольцом.

Задачи Разработать и сконструировать рабочую камеру с подачей электролита затопленными струями Определить распределение температуры по высоте цилиндрических образцов разной длины Изучить зависимость распределения температуры по высоте от диаметра цилиндрического образца Изучить распределение тепловых потоков в системе Определить оптимальные параметры для обработки длинномерных цилиндрических деталей в камере с подачей электролита затопленными струями

Рабочая камера 1 – отверстия для подачи охлажденного электролита от насоса 2 – сливные отверстия 3 – распределительное кольцо 4, 5 – границы внешней части камеры

Использованное оборудование Вольтметр ЛМ-1 3 мультиметра Mastech MY-64 Мультиметр Mastech MS2101 Ротаметр РМФ-0-16 ЖУЗ Хромель-алюмелевые термопары

Образцы и материалы Химический состав в % материала У8 (ГОСТ ) CSiMnNiSPCrCu 0,75 - 0,840,17 - 0,33 до 0,25 до 0,028 до 0,03 до 0,2 до 0,25 Температура критических точек материала У8 Ac 1 =720, Ar 1 =700, Mn=245 Характеристики образцов Диаметр, мм Длина, мм Длина обрабатываемой части, мм Диаметр отверстия под термопару, мм Первая группа образцов 1430, 40, 50, 6020, 30, 40, 505,5 Вторая группа образцов 6, 8, 10, ,3

Методика эксперимента Электролит: водный раствор хлорида аммония NH 4 Cl (10% масс.) Время формовки: 10 минут Расход: 1,4 л/мин Напряжение: В, шаг 20 В Время прогрева образцов до стабилизации температуры: 5 минут Регистрируемые параметры: температура по высоте образца (шаг 5 мм), температура электролита на входе и выходе из теплообменника, сила тока

Распределение температуры по высоте 5-см образца Температура в верхней и нижней точках образцов

Распределение температуры по высоте образцов, U=240 В Плотность тока

Удельный тепловой поток в электролит Средний градиент температуры

Распределение температуры по высоте 5-см образца, D=6 мм Температура в верхней и нижней точках образцов

Распределение температуры по высоте образцов, U=260 В Плотность тока

Удельный тепловой поток в электролит Средний градиент температуры

Выводы Средняя плотность тока в системе не зависит от длины погруженной части образца и убывает с ростом напряжения от 1 до 0,1 А/см 2. Максимум температуры в нижней части образца наблюдается для всех условий эксперимента при напряжении 260±20 В, но значение максимальной температуры незначительно снижается от 950 °С до 910 °С при увеличении длинны обрабатываемой части образца от 20 до 50 мм и от 1040 °С до 870 °С при увеличении диаметра обрабатываемой части образца от 6 до 12 мм. Средний градиент температуры для всех образцов растет с увеличением напряжения в диапазоне от 100 до 200 В, в дальнейшем скорость роста величины градиента уменьшается, а в ряде случаев выходит на насыщение. Увеличение длинны обрабатываемой части детали приводит к снижению абсолютных значений среднего градиента температуры. Так, для образца длиной 20 мм значение среднего градиента температуры по всей длине при напряжении 260 В составляет 11 °С/мм, а для длины образца 50 мм при этом же напряжении – 4°С/мм.