Установка для моделирования теплообмена в жидкометаллических системах охлаждения

Установка для моделирования теплообмена в жидкометаллических системах охлаждения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и)50781О

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) За явлено01.03.74 (21) 2003369/26-25 с присоединением заявки №(23) Г1риоритет(43) !.>публиковано25.03,76.Бюллетень № 11 (45) Дата опубликования описания 05.04.76 (Я) ц1. Кл.

601 N 25/1й

Государственн!>!й комитет

Совета Министров СССР по делам изооретений н аткры!ий (53) УДК 536.2 а (0ЯВ.Я) (72) Авторы изобретения

С. М. Бейзеров, В. В. Блошенко, ф. П. Выбойшиков, В. А. Ильин <н Л. M. Павлова (71) Заявитель (54) УСТАНОВКА ДЛЯ. МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕПЛООБМГНА

В ЖИДКОМЕТАЛЛИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ ОХЛАЖДЕНИЯ

Изобретение относится к технической физике, в частности к установкам для исследования физических характеристик вешеств, и может быть использовано в цветнойметаллургии при изучении путем физического моделирования теплообмена в теплонапряженных узлах вакуумных дуговых печей для плавки никеля, титана и других тугоплавких металлов в случае охлаждения их жидкометаллическими теплоносителями в режиме сво- 10 бодной конвекции.

Известна установка для моделирования теплообмена в жидкометаллических системах охлаждения, состояшая из рабочей емкости с теплообменной стенкой, расшири- 16 тельной емкости, системы охлаждения, нагревателя, линии подачи теплоносителя и газовакуул!ной системы с иодводяшим патрубком.

Диапазон исследований тепловых процес- 20 сов при свободной конвекции теплоносителя на эт >й у<-.òà>!<>â!«> ограничен. Рабочая емкость (. !<>дель) ие <1блалает универсальность}о в оти и!Е,i!!111 изб!ене!!!!я !!о. !Ожения тепл<юб:.<еии:>й стенки B пространстве. 26

На известной установке можно исследовать теплообмен лишь при нижнем нагреве горизонтальной стенки. Однако при изучении процесса теплоотвода от узлов вакуумных дуговых печей возникает необходи>>ость в исследовании теплообмена через стенку с различной ориентацией. На су!цествуюшей установке нельзя изменить положение тепл<>обменной стенки простым поворотом м<>дели, так как стационарная рабочая ел!кость жестко связана с неподвижной, отдельно установленной расширительной емкостью, системой охлаждения и линией подачи к«:талла.

Следовательно, для проведения теплофизических исследований при любых других .положениях обогреваемой стенки необходима коренная реконструкция всей установки, направленная на обеспечение постоянного омывания охлаждаемой поверхности стенки жидкометаллическим теплоносителем (ЖМТ ) ири поворотах модели.

Белью изобретения явлчется расширение диапазона теплофизических исследований и уменьшение габаритов ус т

507810

Для этого на противоположном от обогреваемой поверхности краю верхней стенки рабочей емкости установлен наклонный патрубок, соединенный с расширительной емкостью, которая снабжена сифонной трубкой, пропушенной через торцовую стенку емкости, выше средней линии емкости с выходом у отверстия наклонного патрубка. При этом отверстие наклонного патрубка при входе в расширительную емкость выполнено поступаюшим за теплообменную стенку.Расширительная емкость имеет длину 1,5-1,7 длины рабочей емкости, поперечное cà÷åíèå

0,4-0,35 поверхности обогреваемой стенки, а газовакуумный патрубок расположен посе юдине верхней части расширительной емкости.

Размеры расширительной емкости onperIerråHû в зависимости от размеров рабочей емкости из условия сохранения определенного уровня ЖМТ при расширении его в процессе нагрева и изменениях положения модели, а также из условий компактности установки и удобства обслуживания. B самом деле, расширительная емкость рассчитана на максимально возможное 25% расширение металла (при использовании сплавов Na-К, чистых N0 или К) . Но, так как при поворотах модели и тепловом расширении ЖМТ не должен попадать в газовакуумную систему через патрубок и в систему заправки через сифонную трубку, то расширительна я емкость должна ра ботать для слива металла только одной половиной.

Следовательно, объем емкости необходимо увеличить в два раза. С 10%-ной надбав-. кой (на размеры сифонной трубки и входного отверстия патрубка) объем расширительной емкости составит ОЯ от объема рабочей емкости. Из условия наилучшей компоновки модели, ее сборки и обслуживания длина расширительной емкости должна находиться в пределах 1,5-1,7 длины рабочей емкости. Объем рабочей емкости представляет собой ни что иное, как произведение плошади поверхности обогреваемой стенки на длину.

Наклонный патрубок позволяет поддерживать необходимый уровень жидкого металла при его расширении и поворотах модели для смывания теплоносителем обогре ваемой стенки. . Расположение газовакуумного патрубка посередине верхней части расширительной е щоСти диктуется тем, что при вертикальном положении расширительной емкости; (верхний или нижний нагрев стенки) предотврашается попадание избыточного металла в газовакуумную линию.

Выбранное положение сифонной трубки в расширительной емкости не дает сливаться металлу в линию заправки и удобно для заполнения рабочей емкости теплоносителем и обратного слива.

На.чертеже изображено предлагаемое устройство.

Теплообменная стенка =1 -является частью рабочей емкости 2, заполненной ЖМТ 3. щ Черед рабочую емкость проходит труба вторичного теплообменника 4 (например, водя. ного). Наклонный патрубок 5 соединяет рабочую емкость с расширительной 6, в которую введене сифонная трубка 7 для подачи р и слива ЖМТ. Концы трубы вторичноготеплообменника соединены с водяной системой шлангами 8 и свободно врашаются в отверстиях стоек 9.

Положение рабочей емкости относительно

20 стойки фиксируется стопором 10. Через кольцевое уплотнение 11 иэ вакуумной резины во фланцевом соединении подводяшего газовакуумного патрубка 12 в соответствующие точки рабочей емкости пропушены бро25 нированные термопары (на чертеже не показаны).

Вакуумирование, подача нейтрального газа (например, Ar ) и теплоносителя в рабочую и расширительную емкости осушест30 вляется по гибким трубопроводам 13-15 соотвецртвенно гаэовакуумной системы подачи

ЖМТ. Рабочая и расширительная емкости покрыты необходимым слоем теплоизоляции .

16 (например, из асбозурита). При таком

35 исполнении модели в любом ее положении гарантируется омывание теплообменной стен1 ки жидким металлом.

Перед пуском установки в работу ем4О кость 2 заполняют жидкометаллическим теплоносителем 3, Для этого сначала через линию 13 и патрубок 12 производят вакуумирование емкостей 2 и 6. Затем через гибкий трубопровод 15, сифонную трубку7 подают в расширительную емкость 6 и через наклонный патрубок 5 в рабочую емкость 2 жидкометаллический теплоноситель с таким расчетом, чтобы свободный уровень ЖМТ в емкости 2 после заправки был наравне с бр верхним срезом патрубка 5.

Жидкометаллическую лйнию 15 перекрыB&loT, через линию 14 и патрубок 12 подают в расширительную емкость 6 аргон и ставят модель под необходимое давление.

Ы После этого осушествляют рабочий процесс.

Обогрев теплообмеиной стенки 1 может производиться ацетилено-кислородной горелкой, электронной лампой, плазмотроном Ф

6О т.л.

507810

При нагреве вертикальной стенки избыток нагретого теплоносителя поднимае ся по патрубку 5 и заполняет нижнюю часть расширительной емкости 6, находясь при этом постоянно под давлением аргонной подушки, Пос-я ле эксперимента ЖМТ, охлаждаясь, вновь сливается в рабочую емкость 2.

Во время нагрева горизонтальной стенки сверху верхний срез патрубка 5 находится выше уровня обогреваемой стенки 1, ЖМТ 1р омывает стенку, а избыток теплоносителя сливается в нижнюю часть расширительной емкости 6. При этом попадание теплоноси-I теля в жидкометаллическую,линию через сифон 7 и в газовакуумный патрубок 12 исключено.

При нагреве горизонтальной стенки снизу часть ЖМТ через патрубок 5 сливается в нижнюю часть емкости 6, а в верхней Ю части емкости 2 образуется тонкая газовая подушка. Затем перелив металла прекрашается и устанавливается свободный уровень.

В процессе работы установки тепло от

26 модели отводится водой, поступаюшей в трубу вторичного теплообменника 4 через шланг 8, Каждое положение модели фиксируется стопором 10 на стойке 9.

Тепловой поток, проход япшй пере;> г> пл<>обл>енную стенку 1 от источника т>.пла,<>Ос>..>начен на чертеже стрелкой Б.

Формула изоб>ратепи я

Установка для моделирования теплообм»на в жидкометаллических систомах»хлаждения, состояшая из рабочей емкости степлообменной стенкой, расширительной емкости, системы охлаждения, нагревателя, липни подачи теплоносителя и газовакуумиой системы с подводяшим патрубком, о г л и ч аю ш а я с я тем, что, r. целью расшпр>.ния диапазона теплофизических исследований и уменьшения габаритов установки, нл противоположном от обогреваемой поверхности краю верхней стенки рабочей «ли<ости установлен наклонный патрубок,.соединенный с расширительной емкостью, которая снабжена сифонной трубкой,пропушенной черед торцовую стенку емкости выше средней линии с выходом у отверстия наклонного патрубка, при этом расширительная емког.ть ил>еет длину 1,5-1,7 длины рабо KA емкости, по перечное сечение — 0,35-0,40 поверхности обогреваемой стенки, а газовакуумный пат.рубок расположен посередине верхней части расширительной емкости.

Ю! e,".àêTîi Т, Барановы (;оставитель А Волков

Техред М, ЛевиикаяКорректор Т. Кравченко

Зака 1 29 Гираж 1 02 9 Подписное

ЦНИИП1! государственного комитета Совета Министров С(СР по делам изобретений и открытий

11 О;35, (:зсква, Ж-35, Раушская наб., L1. 1/5

c .филиал ППП "i iàòå.<ò", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101