Experimentelle Untersuchungen der Kühlung von Metallen mit Sprays und Vollstrahlen
Ermittelt werden:
- Wärmstromdichte bei der Filmverdampfung
- Leidenfrosttemperatur
- Maximale Wärmestromdichte bei der Blasenverdampfung
- DNB-Temperatur der maximalen Wärmestromdichte
- Ausdehnung der Benetzungsfront
- Siedekurven
- Optimale Düsenfelder
In Abhängigkeit von:
- Spraycharakteristik (Wasserbeaufschlagungsdichte, Düsenart, Zerstäubung, etc.)
- Strahlcharakteristik (Durchmesser, Geschwindigkeit, Abstand, Winkel des Strahles, etc.)
- Metallart (Al-Legierungen, Cu-Legierungen, Nickel, Nicrofer, Inconel, Stahl, etc.)
- Oberflächenrauigkeit
- Wasserqualität (Salzgehalt, elektrische Leitfähigkeit, Polymere, etc.)
- Bewegungsgeschwindigkeit der Proben
Charakteristische Werte zur Berechnung der Siedelinie
Beispiele untersuchter Strahlen
Beispiele von Düsenfelder
Scheibenförmige Metallproben mit Dicken von 2 mm bis 10 mm werden in einem Ofen bis 900 °C erwärmt und an einer Schiene hängend vor die Kühleinheit gezogen. Die Vorderseite wird mit Sprays oder Strahlen gekühlt. Das Temperaturfeld der geschwärzten Rückseite wird durch eine Infrarot-Thermokamera mit 200 Bildern pro Sekunde und einer örtlichen Auflösung von 0,15 mm gemessen. Aus der inversen Lösung der Fourier’schen Differenzialgleichung wird der örtliche Verlauf der Wärmestromdichte und die Temperatur der Vorderseite berechnet.
IR-Aufnahme und Temepraturverlauf einer Al-Platte bei Kokillenkühlung
Prinzipieller Temperaturverlauf und Wärmeübergang bei der Kokillenkühlung
Prinzipieller Temperaturverlauf und Wärmeübergang bei der Spraykühlung
IR-Aufnahmen bei der Kühlung und Fotos der Benetzungsfront bei der Kühlung mit Vollstrahlen
Einfluss von gelösten Salz Magnesiumsulfat auf die Kühlgeschwindigkeit
Einfluss der elektrischen Leitfähigkeit des Wassers (Maß für gelöste Salze) auf die Kühlgeschwindigkeit
Durchgeführte Dissertationen
- Dr.-Ing. Guido Bleiker: Filmverdampfung von Einzeltropfen auf heißen Oberflächen (29.03.2000)
- Dr.-Ing.Frank Puschmann: Experimentelle Untersuchung der Spraykühlung zur Qualitätsverbesserung durch definierte Einstellung des Wärmeübergangs (04.07.2003)
- Dr.-Ing. Umair Alam: Experimental Study of Local Heat Transfer during Quenching of Metals by Spray and Multiple Jets (24.05.2011)
- Dr.-Ing. Khalid H. M. Abdalrahman: Influence of water quality and kind of metal in the secondary cooling zone of casting process (25.10.2012)
- Dr.-Ing. Sabariman: Heat Transfer Analysis in Metal Quenching with Sprays and Jets (27.05.2015)
- Dr.-Ing. Gaurav Abhay Kulkarni: Local Heat Transfer and Stress Analysis of Direct Chill Casting Process (12.11.2018)
- Dr.-Ing. Yuan Fang: Influence of nozzle type and configuration and surface roughness on heat transfer during metal quenching with water (19.11.2019)
Wesentliche Publikationen
- Specht, E.: Wärme- und Stoffübertragung in der Thermoprozesstechnik. Vulkan-Verlag, 2014.
- Specht, E.: Heat and Mass Transfer in Thermoprocessing. Vulkan Verlag 2017.
- Woche, H.; Fang, Y.; Specht, E.: Heat transfer analysis during metal cooling with sprays and jets. Heat Processing 1 (2018) 41-47.
- Woche, H.; Fang, Y.; Specht, E.: Wärmeübergang von Sprays und Strahlen bei der Kühlung heißer Metalle. Prozesswärme 1 (2018), 129-136.
- Zhao, P.; Sabariman; Specht, E.; Song, X.: Influence of Jet Velocities and Material Properties in Quenching of Metal with Array of Jets. Advanced Materials Research Vol. 1090 (2015) 63-68.
- Sabariman, Specht, E.: Heat Transfer in Spray Quenching of Hot Metals. Heat Processing 4, (2014), 45-51.
- Al-Hasnawi, A.G.T.; Refaey, H.A.; Redemann, T.; Attalla, M.; Specht, E.: CFD Simulation of Flow Mixing in Tunnel Kilns by Air Side Injection. Journal of Thermal Science and Engineering Applications 10 (3) 2018. doi: 10.1115/1.4038840
- Abdalrahman, K.M.; Sabariman; Specht, E.: Influence of salts mixture on the heat transfer during spray cooling of hot metals. International Journal of Heat and Mass Transfer. 78 (2014) 76-83.
- Jiang, P.; Wang, Q.; Sabariman; Specht, E.: Experimental Study of Heat Transfer of Pressurized Spray Cooling on the Heated Plate by Using 45° Full cone Nozzles. Applied Mechanics and Materials Vol. 535 (2014), 32-36.
- Puschmann, F.; Specht, E.: Spraykühlung als alternatives Kühlverfahren für heiße Metalle. Chemie Ingenieur Technik 75 (2003) 1625-1628.
- Puschmann, F.; Specht, E.: Atomized Spray Quenching as an Alternativ Quenching Method for Defined Adjustment of Heat Transfer. Steel Research Int. 75 (2004) 283-288.
- Puschmann, F.; Specht, E.: Transient Measurement of Heat Transfer for Metal Quenching with Atomized Sprays. Experimental Thermal and Fluid Science 28 (2004) 607-615.
- Waldeck, St.; Woche, H.; Specht, E.; Fritsching, U.: Evaluation of heat transfer in Quenching Processes with Impinging Liquid Jets. International Journal of Thermal Sciences, 134 (2018), 160-167.