VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

В работе [1] на основании полученных результатов для кристаллизатора, при разливки металлов и сплавов, установлены величины плотности тепловых потоков для наклонной и вертикальной стенок. Определены значения коэффициентов теплопередачи кристаллизатора и теплоотдачи заготовок. Установлено, что более 50% тепла разливаемого металла отводится в кристаллизаторе. В исследованиях использовались традиционные методики моделирования на модельных материалах, таких как парафин, свинец, вода. При этом авторы использовали точечный метод фиксации температур с помощью термопар в заданной области кристаллизатора. Полученный материал обрабатывался и давал возможность построить дискретную картину распределения теплового поля. Предлагаемая методика моделирования тепловых процессов применяет эти материалы, но отображает информацию в пространственном формате видимого диапазона световых волн с использованием термотропных жидких кристаллов[2] и градиентных термограмм.

Цель данной работы:

1. Отработать методику моделирования тепловых полей для парафина;

2. Получить картину тепловых полей в видимом формате;

3. Рассчитать величину корочки расплава. Материал –парафин.

Для проведения модельного эксперимента нам потребовалось собрать установку, состоящую;

1. Натурного кристаллизатора;

2. Расплава парафина;

3. Жидких кристаллов с мезофазой 47-54℃,

4.Термометра типа ТМ 730 с с цифровым отображением информации.

5Фоторегистратора «Panasonic DMC –FS42»

. На рис.1 показана схема кристаллизатора переменного сечения в двух проекциях: 1- бойки совершаюшие возвратно - поступательные движения в горизонтально плоскости, 2 – боковые пластины совершающие движения в вертикальной плоскости. Принцип работы такого кристаллизатора состоит в следующем в полость заливают расплав, предварительно перекрыв затравкой дно.В кристаллизаторе на границах раздела расплава бойков и пластин формируется корочка [3] таким образом, жидкий металл находится в чулке. По заданной программе происходит обжатие чулка с металлом, что приводит к выходу из кристаллизатора готового изделия в виде профиля.

Рис.1 Схема кристаллизатора.а.Вид А. 1.бойки кристаллизатора,2.боковые подвижные пластины. б.Вид В. с. Кристаллизатор с расплавом 2 парафина.Корочка 3, и термограмма 50℃ на границах раздела 4.

Работу кристаллизатора моделируем с помощью расплава парафина. Тепловые режимы с помощью жидких кристаллов. Равномерная по толщине плёнка жидких кристаллов наносится на подготовленную поверхность бойков. Для отображения в видимом формате динамики роста корочки расплава боковые стенки кристаллизатора выполняем из жаропрочной прозрачной плёнки толщиной 0,2мм. Плёнки приклеиваем к бойкам по месту боковых пластин. Выходное окно кристаллизатора перекрывается затравкой. Таким образом, кристаллизатор подготовлен к работе.

Заливаем в полость кристаллизатора расплав парафина температурой 54℃, даём ему охладиться, до комнатной температуры. По мере остывания отслеживаем и фиксируем электронной камерой в режиме видео рост и формирование корочки расплава парафина на границе раздела боёк-расплав. Процесс остывания расплава парафина 2 контролируется градиентной термограммой 4. Считывание информации с термограммы по градуированной шкале цветности для жидких кристаллов холестерического типа с мезофазой 47-54℃.4. Так в момент равный 25с. на границе раздела расплав-корочка - боёк температура равна 50℃.

Рост корочки расплава парафина можно проследить по видеокадрам измерив - толщину и скорость роста корочки по двум координатам. Так для временного отрезка 25с толщина корочки D = 0,0026м

С другой стороны толщину корочки D можно определить, применяя выражение из работы [1]:

D= βτ ,

где D – толщина корочки, мм, β – коэффициент затвердевания парафина, м/с^0,5, τ – время, с.

Значение коэффициента затвердевания β возьмём из работы [1]. Для парафина β = 0,563∙10^-3м/с^0,5 . Тогда для временного отрезка 25с толщина корочки D = 0,002815м.

Вывод. Полученные результаты согласуются на 92,3% , что подтверждает правильность методики исследования.

Литература.

1. Стулов В.В. Одиноков В.И., Оглоблин Г.В. Физическое моделирование процессов при получении литой деформированной заготовки - Владивосток: Дальнаука,2009:-175 с.

2. Г.В.Оглоблин. Опыты с жидкими кристаллами.//Физика в школе. №5,1977,с.94,99.

3 Г.В. Оглоблин, В.В. Стулов. Методика моделирования формирования корочки заготовки в кристаллизаторе. //Известия ВУЗов. Чёрная металлургия.№10.2012.С.67-69.

4. Оглоблин Г.В., Бревнов Д. Моделирование обтекания воздушным потоком тел с помощью жидкокристаллического детектора.//Актуальные вопросы развития образовательной области технология. Материалы У1 Международной электронно-заочной н.-п.к. Комсомольск на Амуре. 2010г.С.239-242.