Расчет системы охлаждения

Расчет охлаждения катода

Расчёт охлаждения катода начинается с определения теплового потока в него от пятна дуги при. Тепловой поток определяем по графику 6.2 [1]:

(2.9).

Задавшись температурным перепадом охлаждающей воды и её температурой на входе, рассчитываем потребный расход воды:

(2.10).

где кДж/кг· К — удельная теплоёмкость воды.

Приняв из конструктивных соображений значение радиуса обоймы меньшим, чем радиус канала выходного электрода, и равным м, находим величину действительной плотности теплового потока на охлаждаемой стенке канала:

Вт/м². (2.11).

Коэффициент надёжности охлаждения принимаем равным. Далее находим критическую плотность теплового потока, на которую должно быть рассчитано охлаждение катода:

(2.12).

Рассчитав среднюю температуру охлаждающей жидкости:

(2.13).

температуру насыщения при давлении Н/м²:

(2.14).

находим величину недогрева воды до температуры кипения (насыщения):

(2.15).

Далее определяем потребную скорость охлаждающей воды в зазоре:

(2.16).

Значения, , определены для Н/м² из графика 9.1 [1].

Выясним, какой режим теплообмена, конвективный или пузырьковый, имеет место при выбранном значении. С этой целью сравним рассчитанную плотность теплового потока с плотностью, соответствующей началу кипения. Для этого определим число Рейнольдса:

(2.17).

где м²/с — кинематическая вязкость воды при температуре 20єС. Гидравлический диаметр принимаем равным, а величину зазора определим из уравнения:

м, (2.18).

м — радиус водопроводящей трубки, выбираем из конструктивных соображений.

В дальнейшем расчёте принимаем м. Для сохранения скорости увеличиваем расход воды на охлаждение катода до величины:

(кг/с),.

при этом температурный перепад охлаждающей воды уменьшится до, средняя температура охлаждающей воды станет равной, а величина недогрева воды до температуры кипения станет равной.

Так как происходит развитое ламинарное течение. Найдём число Нуссельта:

(2.19).

здесь? число Прандтля при ;

? число Прандтля при ;

— коэффициент пропорциональности [1].

Зная число Нуссельта, находим коэффициент теплоотдачи:

(2.20).

где? коэффициент теплопроводности воды при температуре .

Далее определяем плотность теплового потока, соответствующую началу кипения воды:

Поскольку плотность теплового потока, соответствующая началу кипения воды, больше, чем действительная плотность теплового потока у стенки охлаждаемого канала, то охлаждение стенки при выбранном определяется конвективным теплообменом. Температура охлаждаемой стенки равна в этом случае:

(2.22).

Ввиду отличия в значениях температуры стенки, заданной в начале расчёта, необходимо сделать второе приближение, приняв за исходную температуру стенки полученное в первом приближении значение .

Рассчитаем число Нуссельта для второго приближения:

(2.23).

где — число Прандтля при .

Тогда коэффициент теплоотдачи равен:

(2.24).

Температура охлаждаемой стенки определяется как:

(2.25).

Это значение близко к принятому в первом приближении. Поэтому на этом тепловой расчёт охлаждения катода можно считать завершённым [1].