МОДЕЛЬ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ЖИДКИХ МЕТАЛЛОВ
MODEL OF DEVICE FOR COOLING FLUID METALS

Изобретение относится к экспериментальному оборудованию, предназначенному для исследования передачи тепла при охлаждении жидких металлов путем использования тепловой трубы, работающей по замкнутому испарительно-конденсационному циклу.
Известна кокильная машина [1. Патент на ПМ №38651 RU. Кокильная машина с тепловой трубой / В.В.Стулов и др. Опубл. 10.07.2007. Бюл. №19], содержащая станину, кокиль, стержень, механизм разъема кокиля, механизм перемещения стержня, причем стержень выполнен в виде тепловой трубы с зонами нагрева и охлаждения.
Недостатком известной кокильной машины [1] является возможность ее использования только для получения полых металлических отливок в кокиле.
Известна установка [2. Патент на ПМ №41427 RU. Установка для нанесения покрытия на цилиндрическую трубу / В.В.Стулов и др. Опубл. 27.10.2004. Бюл. №30], содержащая вертикально расположенную цилиндрическую трубу, изготовленную в виде тепловой трубы с зоной нагрева и со встроенным электрическим нагревателем, подключенным в систему автоматического управления работой установки.
Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемой модели устройства для охлаждения жидких металлов, заключается в возможности моделирования охлаждения жидких металлов в результате использования охлаждаемой тепловой трубы при варьировании подводимой к ней плотности теплового потока.
Заявляемая модель устройства характеризуется следующими существенными признаками.
Ограничительные признаки: вертикально расположенная цилиндрическая труба, изготовленная в виде тепловой трубы с зоной нагрева, электрический нагреватель с системой автоматического управления работой устройства.
l
Отличительные признаки: электрический нагреватель расположен снаружи зоны нагрева тепловой трубы и снабжен регулятором электрической мощности, зона охлаждения тепловой трубы выполнена с заправочным штуцером и расположенной в ней термопарой, охлаждающим кожухом, регулятор расхода охлаждающей среды и термопара для измерения температуры среды подключены в систему автоматического управления работой модели, модель устройства выполнена в масштабе M=2÷5.
Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемой модели устройства и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.
Расположение электрического нагревателя снаружи зоны нагрева тепловой трубы, например в виде намотанной проволоки, позволяет задавать тепловой поток, передаваемый тепловой трубе.
Наличие зоны охлаждения тепловой трубы с охлаждающим кожухом позволяет регулировать количество отводимого тепла, передаваемого тепловой трубой.
Наличие регулятора электрической мощности нагревателя зоны нагрева тепловой трубы позволяет дополнительно регулировать плотность теплового потока, подводимого к тепловой трубе.
Выполнение заправочного штуцера в зоне охлаждения тепловой трубы позволяет производить дозаправку теплоносителя в случае его утечек, а также производить замену теплоносителя в случае изменения температурных режимов работы тепловой трубы.
Наличие термопары в зоне охлаждения тепловой трубы позволяет контролировать рабочую температуру тепловой трубы на различных режимах ее работы и подводимой плотности теплового потока.
l
l
н
м
н
м
Выполнение модели устройства в линейном масштабе M<2 (где M=l/l, l - размер натурной тепловой трубы, l - размер модели) приводит к нецелесообразному увеличению геометрических размеров модели и, как результат, необходимость увеличения электрической мощности нагревателя зоны нагрева тепловой трубы.
l
Выполнение модели устройства в линейном масштабе M>5 затрудняет выполнение моделирования охлаждения тепловой трубы.
Наличие регулятора расхода охлаждающей среды позволяет добиваться целесообразного расхода среды, при котором обеспечивается высокоэффективное охлаждение тепловой трубы.
Наличие термопар для измерения температуры охлаждающей среды позволяет получать сигналы, поступающие в систему автоматического управления работой устройства, для последующего определения плотности отводимого теплового потока.
На чертеже приведен внешний вид модели устройства для охлаждения жидких металлов.
l
Модель устройства для охлаждения жидких металлов состоит из вертикально расположенной цилиндрической трубы 1, изготовленной в виде тепловой трубы с зоной нагрева 2, электрического нагревателя 3 с регулятором 4 электрической мощности нагревателя, заправочного штуцера 5, охлаждающего кожуха 6, регулятора расхода 7 охлаждающей среды, термопар 8 и 9, подключенных в систему автоматического управления работой модели. Модель устройства выполнена в линейном масштабе M=3. Предварительно труба 1 через заправочный штуцер 5 заполняется определенным количеством теплоносителя, теплофизические параметры которого зависят от вида охлаждаемого жидкого металла в натурных условиях. Регулятором 4 устанавливается необходимая мощность электрического нагревателя 3. Включается подача охлаждающей среды в кожух 6 после достижения зоной охлаждения цилиндрической трубы 1 заданной температуры, фиксируемой по показаниям термопары 8, подключенной в систему автоматического управления работой модели.
По показаниям регулятора расхода 7 охлаждающей среды и температуры среды по показаниям термопары 9 системой автоматического управления работой модели определяется плотность теплового потока, отводимого охлаждающей средой, которая сопоставляется с плотностью подводимого теплового потока к зоне нагрева 2 цилиндрической трубы 1.
Изменяя мощность электрического нагревателя 3, вид теплоносителя в трубе 1, расход охлаждающей среды через кожух 6 фиксируют температуру среды, моделируют охлаждение жидких металлов.
Система автоматизированного управления работой позволяет при известном расходе охлаждающей среды, перепаде ее температур на входе и выходе из коллектора при известной теплоемкости определять значения подводимого теплового потока. В качестве теплоносителей в тепловой трубе применяют: воду, нафталин, ртуть. В дальнейшем, используя критерии подобия, определяют параметры разливки жидких металлов в натурных условиях.