Title

DEPENDENCE OF THE HEAT TRANSFER COEFFICIENT AT QUENCHING ON DIAMETER OF CYLINDRICAL WORKPIECES

DEPENDENCE OF THE HEAT TRANSFER COEFFICIENT AT QUENCHING ON DIAMETER OF CYLINDRICAL WORKPIECES

Authorship

LIŠČIĆ, BOŽIDAR; SINGER, SAŠA; BEITZ, HARTMUT

LIŠČIĆ, BOŽIDAR

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SINGER, SAŠA

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BEITZ, HARTMUT

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DOI

10.5151/2594-5327-16936

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Abstract

For computer simulation of a quenching process, the fundamental prerequisite is to have the relevant heat transfer coefficient (HTC) calculated as function of work-piece's surface temperature and time respectively. In order to calculate the HTC ex-perimental measurement of the temperature-time history (cooling curve) near the workpiece surface is necessary. In this investigation cylindrical probes of 20 mm, 50 mm and 80 mm diameter are used. The cooling curve was measured always at 1 mm below the surface of the probe. Special care has been taken to keep all other factors (design of the probes, temperature measurement, quenching conditions and calcula-tion procedure), which can influence on the calculated HTC, constant, in order to asure that the only variable is the diameter of the probe. Supposing a radially sym-metrical heat flow at half length of the probe, the HTC was calculated using 1-D in-verse heat conduction method. The unexpected striking result of this investigation is the fact that for biggest probe diameter (80 mm) the calculated HTC as function of surface temperature does not show the film boiling phase. A plausible explanation of this effect is given, based on the critical heat flux density. The possibility to establish a simple fixed relation (a correction factor) between the HTC and the diameter of cyl-inders is discussed.

Para simulação computacional do processo de têmpera, o pré-requisito fundamental é ter o coeficiente de transferência de calor (HTC) calculado como função do tempo e da temperatura da superfície da peça. Para este cálculo é necessário que sejam feitas medidas experimentais da curva de resfriamento próxima à superfície. Nesta investigação, corpos de prova cilíndricos (sondas) de 20 mm, 50 mm e 80 mm de diâmetro são usados. As curvas de resfriamento foram medidas sempre a 1 mm abaixo da superfície da sonda. Cuidados foram tomados para que todos os outros fatores (geometria das sondas, medidas de temperatura, condições de resfriamento e procedimento de cálculo), não influenciassem no cálculo do HTC, assegurando-se que somente a variável diâmetro da sonda pudesse ser o parâmetro variável. Supon-do um fluxo de calor simétrico radialmente na metade do comprimento da sonda, o HTC foi calculado usando o método1-D de condução de calor inverso. O resultado não esperado desta investigação foi o fato de que o HTC calculado em função da temperatura da superfície da sonda,para a maior delas (80mm), não mostrou a fase de filme boiling. Uma explicação plausível desse efeito é fornecida, baseado na den-sidade de fluxo de calor. A possibilidade de estabelecer uma relação simples (fator de correlação) entre o HTC e o diâmetro dos cilindros é discutida.

Keywords

Quenching; Heat transfer coefficient; Inverse heat conduction calculation.

Tempera; Coeficiente de transferência de calor; Método inverso.