MISKOLCI EGYETEM MECHANIKAI TECHNOLÓGIAI TANSZÉK Járműiparban használatos hűtőközegek hűtési teljesítményének meghatározását és a hűtési eljárás optimalizálását megalapozó mérési és számítógépes szimulációs módszer fejlesztése. kutatási jelentés Kidolgozta: Dr. Felde Imre Kerekes Gábor Kocsisné dr. Baán Mária Mucsi András 4 egyetemi docens, mérnök tanár, egyetemi docens, 4 doktorandusz Készült: a TÁMOP-4...A-//KONV--9 a Járműipari anyagfejlesztések projekt keretében K+F témavezető: Dr. Felde Imre egyetemi docens Miskolc
Tartalom. Bevezetés... 4. A meglévő kísérleti feltételrendszer bővítése és előkísérletek végzése... 4.. Speciális próbatest fejlesztése... 4.. A mérés eredményeinek bemutatása....... mérés: C-os kiinduló vízhőmérséklet....... mérés: 9 C-os kiinduló vízhőmérséklet....... mérés: 44 C-os kiinduló vízhőmérséklet.....4. 4. mérés: C-os kiinduló vízhőmérséklet... 9.... mérés: C-os kiinduló vízhőmérséklet..... A lehűlési sebességek elemzése.... Hűtőközegek hűtőképességének vizsgálata..... Vízbázisú polimeradalékos közeg..... Növényi olajok... 4. Összefoglalás.... Köszönetnyilvánítás.... Melléklet...
. Bevezetés A projekt. negyedévében alapvetően folytattuk a megkezdett munkát: szakirodalom kutatás, hűtőközegek hűtőképességének vizsgálata, hűtőközeg-adatbázis fejlesztése, bővítése. A hűtőközegek hűtőképességének vizsgálatakor a három legfontosabb, bizonyos mértékben szabályozható paraméterek (összetétel/típus/koncetnráció, áramlási sebesség, közeghőmérséklet) hatását kívántuk meghatározni vízbázisú polimeradalékos közegek esetében. Ezen kívül össze kívántuk hasonlítani a kereskedelmi forgalomban kapható növényi (bio-) olajokat az ipari gyakorlatban széleskörűen használt ásványi edzőolajok két típusával, egy alacsony- és egy magas üzemi hőmérsékletű olajjal. Ezen jelenségek valamint a belőlük meghatározható összefüggések megismerésével a későbbi modellalkotási folyamatot szeretnénk elősegíteni. Ezen kívül szintén a modellalkotás támogatásához olyan próbatest kialakítását kívántuk megtenni, amely segítségével lehetőségünk adódik a bemerítéses edzés során megvalósuló, egymástól különböző sajátosságú hőátadási folyamatok időbeliségének vizsgálatára és végül majd számszerű jellemzésére. Ebben a kutatási jelentésben kívánjuk összefoglalni az elvégzett munkát és elemezni a kapott eredményeket.. A meglévő kísérleti feltételrendszer bővítése és előkísérletek végzése Kutatócsoportunk egyik célkitűzése egy olyan mérési és ehhez kapcsolódó számítási módszer kifejlesztése, amelynek segítségével lehetőség nyílik az edzés során végbemenő valós hőátadási folyamatok fokozottabb figyelembevételével a technológia optimalizálására. Ezen törekvésünk eléréséhez mindenekelőtt olyan kísérleti feltételrendszer kialakítása szükséges, amellyel lehetőségünk nyílik a különböző típusú edzőfolyadékokban történő hűlési folyamat során végbemenő jelenségek pontosabb megfigyelésére és számszerű jellemzésére. A napjainkban igen elterjedt és széleskörűen alkalmazott vizsgálati technika mellyel a folyadék hőelvonását jellemezni lehet a hűlésgörbék felvételén alapul. A szabványosított eljárásmódozatok mindegyikének közös jellemzője az, hogy a próbatest tengelyvonalában (hengerszimmetrikus testek esetében) ill. középpontjában (gömbszimmetrikus testek esetében) van elhelyezve egy termoelem, vagyis csak korlátozottan alkalmasak a különböző hőátadási módok során megfigyelhető jelenségek vizsgálatára. Ennek ismeretében maradva a hűlésgörbék felvételén alapuló vizsgálattechnikánál olyan próbatest kialakítása vált indokolttá, amely amellett, hogy hőtechnikailag egyszerű geometriájú több, a felülethez közel elhelyezkedő termoelemmel van felszerelve... Speciális próbatest fejlesztése A hűtőközegek minősítésére egy új típusú próbatest kifejlesztésére került sor. A próbatest egy mm átmérőjű, mm hosszú hengeres darab, amely nyolc termoelemet tartalmaz. A termoelemeket a próbatest közepében elhelyezett,. mm átmérőjű furaton keresztül lett kivezetve, a próbatesten kívül pedig egy mm átmérőjű cső vezette őket a csatlakozási pontokhoz. A termoelemek vége a hengerpalásttól mm távolságra helyezkedik el. A próbatest az. ábraán látható. 4
. ábra. A próbatest felépítése és a mérőpontok helye A próbatest legyártása a következő lépésekben történt:. A belső,. mm-es mélyfurat elkészítése a tömör hengeres előgyártmányban. A rúd felnyitása marással, mm szélességben, az termoelemeknek megfelelő hosszon. Az. mm átmérőjű furatok elhelyezése 4. A termoelemek előkészítése, az elektromos csatlakozási pont rögzítése a termoelem kivezető csövön, majd a termeolemek átfűzése az kivezető csövön.. A termoelemek befűzése a próbatestbe, rögzítésük az. mm-es furatokban. A mm szélességű szerelőnyílás behegesztése.. A hegesztés eldolgozása, lereszelése, csiszolása, polírozása. A mérővezetékek bekötése A próbatestben elhelyezett termoelemek jelét egy DataQ DI típusú, bites, mv méréshatárú A/D konverter és a hozzá tartozó szoftverrel rögzítettem. A mintavételi időköz. másodperc volt, minden egyes csatornánál. A méréseket egy 4. liter hasznos űrtartalmú, vízzel töltött, hengeres edényben végeztük el. A hűtőközeget ( C-os eset kivételével) előmelegítettük, így, 9, 44, és C-os hőmérsékletű közegben végeztük el a hűtést. A próbatestet minden esetben C-ra lett felhevítve, egy 4x4x4 mm kemencetérrel rendelkező ellenállásfűtésű kemencében. A próbatestek kemencébe való helyezésétől a kivételig eltelt idő perc volt... A mérés eredményeinek bemutatása A korábban említett kondíciók mindegyikére elvégeztük a kísérleteket, és regisztráltuk mérőpontonként a hűlésgörbéket, valamint ezek ismeretében meghatároztuk a hűtési sebesség-hőmérséklet görbéket is. Ezek fognak a későbbi számítások és elemzések kiindulásaként szolgálni..... mérés: C-os kiinduló vízhőmérséklet A mérőpontok hőmérsékletét a kemencéből való kivételtől a. ábra mutatja.
9 Hőmérséklet ( C) 4 4 Idő (s). ábra. A mérőpontok hőmérséklete C-os kiinduló vízhőmérséklet esetén Meg kell jegyezni, hogy a 4. mérőpont adatai nem ábrázoltuk, mert a termoelemcsatlakozása kilazult a kemencéből való áthelyezés során, így igen zajos, értékelhetetlen görbét kaptunk. A további méréseknél ez a hiba nem fordult elő, a termoelemek csatlakozási pontját minden esetben leellenőriztük. Az egyes mérőpontok kapcsán meghatározott lehűlési sebesség függvényeit a. ábra tartalmazza. Hőmérséklet ( C) 9 4 Hűlési sebesség ( C/s). ábra. A mérőpontokban mért lehűlési sebesség C-os kiinduló vízhőmérséklet esetén
.... mérés: 9 C-os kiinduló vízhőmérséklet 9 Hőmérséklet ( C) 4 4 4 Idő (s) 4. ábra. A mérőpontok hőmérséklete 9 C-os kiinduló vízhőmérséklet esetén Hőmérséklet ( C) 9 4 Hűlési sebesség ( C/s) 4. ábra. A mérőpontokban mért lehűlési sebesség C-os kiinduló vízhőmérséklet esetén A 9 C-os kiinduló vízhőmérséklettel mért lehűlési sebességek láthatóan kisebbek, mint C-os vízhőfok esetén. A maximális hűlési sebességhez tartozó hőmérséklet ugyanakkor kismértékben lefelé tolódik. Gőzpárna képződést sem a C-os, sem a 9 C-os esetben nem vettünk észre.
.... mérés: 44 C-os kiinduló vízhőmérséklet 9 Hőmérséklet ( C) 4 4 4 Idő (s). ábra. A mérőpontok hőmérséklete 44 C-os kiinduló vízhőmérséklet esetén Hőmérséklet ( C) 9 4 4 4 Hűlési sebesség ( C/s) 4. ábra. A mérőpontokban mért lehűlési sebesség 44 C-os kiinduló vízhőmérséklet esetén 44 C-os kiinduló vízhőmérséklet esetén már észrevehetünk gőzpárna-képződést a C-os tartományban. Ez az -es mérőpont kivételével mindegyik mérőponton észrevehető, és a lehűlési sebességeken is markánsan megjelenik.
..4. 4. mérés: C-os kiinduló vízhőmérséklet 9 Hőmérséklet ( C) 4 4 4 Idő (s). ábra. A mérőpontok hőmérséklete C-os kiinduló vízhőmérséklet esetén Hőmérséklet ( C) 9 4 4 Hűlési sebesség ( C/s) 4 9. ábra. A mérőpontokban mért lehűlési sebesség C-os kiinduló vízhőmérséklet esetén C-os lehűlési sebesség estén azt tapasztalhatjuk, hogy a legintenzívebb a gőzpárnaképződés a, és mérőpontok helyén. Megfigyelhetjük ugyanakkor, hogy mind a -as, mind az -ös mérőpont esetén lehet gőzpárna-képződést észlelni, ugyanakkor a 4-es mérőpontban az -es mérőponthoz hasonlóan nagy hűlési sebességek adódtak. 9
.... mérés: C-os kiinduló vízhőmérséklet C-os kiinduló vízhőmérséklet esetén igen látványos gőzpárna-képződést észlelhetünk. A gőzpárna eltűnése alulról kezdődik, rendre az ---(4, egyszerre) mérőpontok kerülnek át a gőzfázisú nedvesítés állapotából a víz erélyesebb hűtésének állapotában. Ezután a. mérőpont, majd legutoljára a. mérőpont kerül a vízzel való érintkezés állapotába. Ennek oka az, hogy fentről, a. mérőpont környezetéből is elindul egy nedvesítési front. Ez a. ábraán bemutatott képsorozaton is látszik. A hűtőközegbe való behelyezés kb. s-nál történt. 9 Hőmérséklet ( C) 4 4 4 Idő (s). ábra. A mérőpontok hőmérséklete C-os kiinduló vízhőmérséklet esetén. ábra. Gőzpárnaképződés C-os kiinduló hőmérsékletű vízben való hűtéskor. Az időtartamok a behelyezéstől eltelt időt mutatják
A gőzpárna-képződés a lehűlési sebesség diagramján is markánsan megjelenik. 9 Hőmérséklet ( C) 4 4 9 Hűlési sebesség ( C/s) 4. ábra. A mérőpontokban mért lehűlési sebesség C-os kiinduló vízhőmérséklet esetén.. A lehűlési sebességek elemzése A következőkben a lehűlési sebességek és a maximális lehűlési sebességhez tartozó hőmérsékletek alakulását elemezzük az egyes mérőpontokra és kiinduló vízhőmérsékletekre vonatkoztatva. A. ábra a hűtőközeg kiinduló hőmérsékletének függvényében mutatja a lehűlési sebességek maximális értékét az egyes mérőpontokra vonatkoztatva. Maximális hűlési sebesség ( C/s) 4 4 4 4 Hűtőközeg kiinduló hőmérséklete ( C). ábra. A hűtőközeg kiinduló hőmérséklete és a maximális lehűlési sebesség az egyes mérőpontokban
A C-os hűtőközeg esetén elért átlagos C/s-os lehűlési sebesség C-os hűtőközeg alkalmazásakor C/s-ra csökken. A 4. ábra a maximális lehűlési sebességhez tartozó hőmérsékletet mutatja a hűtőközeg kiinduló hőmérsékletének függvényében, minden egyes mérőpontra. Hőmérséklet a maximális hűlési sebességnél ( C) 4 4 4 4 Hűtőközeg kiinduló hőmérséklete ( C) 4. ábra. A hűtőközeg kiinduló hőmérséklete és a maximális lehűlési sebességhez tartozó hőmérséklet közti összefüggés az egyes mérőpontokban A mérési eredmények szerint a hűtőközeg hőmérsékletének emelése nem csak a maximális lehűlési sebességet, hanem az ahhoz tartozó hőmérsékletet is csökkenti. Észrevehető az is, hogy a hűtőközeg hőmérsékletének növelése a maximális lehűlési sebességhez tartozó, az összes mérőpontot magában foglaló hőmérséklet-intervallumot szétnyitja. A. ábra az egyes mérőpontokra vonatkozó maximális lehűlési sebességet és az ahhoz tartozó hőmérséklet közti összefüggést ábrázolja. Hőmérséklet a maximális hűlési sebességnél ( C) 4 4 4...... Maximális hűlési sebesség ( C/s). ábra. A maximális lehűlési sebesség és az ahhoz tartozó hőmérséklet közti összefüggés
A. ábraán látható, hogy a maximális lehűlési sebesség és az ahhoz tartozó hőmérséklet között összefüggés van, a mért adatok egy sávban helyezkednek el. Minél kisebb a hűtőközeg erélyessége, azaz a hűlési sebesség, annál kisebb hőmérsékleten jelentkezik a lehűlési sebességnek a maximuma.. Hűtőközegek hűtőképességének vizsgálata.. Vízbázisú polimeradalékos közeg A vizsgálat során az első és legfontosabb célunk az volt, hogy a Houghton Aquaquench BW-T nevű, vízbázisú polimeradalékos edzőközegen egy olyan vizsgálatsorozatot végezzünk el, amely által a három legfontosabb, szabályozható paraméter hatásának meghatározására nyílik lehetőség. Annak érdekében, hogy egy viszonylag alapos képet kapjunk a közeg viselkedéséről, az alábbiak szerint terveztük meg a paraméterkombinációkat: * hőmérséklet (T): szobahőmérsékletről (~ C) indulva, - C-onként, lépcsőben max. 4 C-ig; * koncentráció (C):.%, %,.%, %; * áramoltatás mértéke (AR):,,, fokozatban Megjegyzendő, hogy a mesterséges áramoltatás során nem volt lehetőségünk mérni a közeg áramlási sebességét, éppen ezért a berendezés keringető egysége által megvalósítható, fokozatban növelhető áramoltatási intenzitást vettük alapul. Az első három fokozatban megvalósított áramoltatás a vizsgálatunk célja szempontjából elégséges volt, hiszen nem volt célunk az áramlási viszonyok leírása; csak az ua. feltételekkel történő keringetés. Az egyes termofizikai paramétereket, a hasonló kutatások mérési eredményeinek későbbi összehasonlíthatósága céljából, egy szabványos, nemzetközileg is széleskörűen alkalmazott vizsgálattechnikai módszerrel határoztuk meg. Ennek érdekében a vizsgálatokat az IVF SmartQuench nevű hűtőközeg-minősítő rendszerrel végeztük. Az ISO 99 szabványra épülő berendezéssel a hevítés-hűtés során fázisátalakuláson keresztül nem menő anyagminőségből (Inclonel ) készített, hengeres próbatestet C-ra hevítünk fel és a vizsgált hűtőközegben hűtjük le. A hűlés során a rúd tengelyvonalában, a véglaptól mm-re lévő, K- típusú termoelemmel regisztráljuk a hőmérséklet időbeli változását. A felvett hűlésgörbéből a hűlés során uralkodó hőátadási viszonyokat jellemző paramétereket (termokinetikus paraméterek) határozunk meg az SQIntegra célszoftver segítségével. Ezen paraméterek segítségével meghatározható egy, a hűtőközegek hőelvonó képességét jellemző érték, a hűtési teljesítmény (hardening power, HP). Ennek felhasználásával egy viszonylag átfogó jellegű összehasonlításra van lehetőség a különböző hűtési módozatok (közeg + hűtési kondíció) között, amely segítséget nyújthat a technológiatervezés során. A HP meghatározását az alábbi szerinti, alapvetően empirikus összefüggéssel határozza meg a szoftver. ahol HP,4 CR, CR - CR: a hűlési sebesség C-on (közelítően C-hoz tartozik az ötvözetlen acélok folyamatos hűtésre érvényes C-görbéjében a legkisebb inkubációs idő) - CR: a hűlési sebesség C-on (közelítően C környezetében van az ötvözetlen acélok Ms hőmérséklete) [SWEREA IVF AB, 9]
A hűlésgörbe felvételét összesen db paraméterkombináció esetében végeztük el, majd meghatároztuk a HP értékeket. Az eredményeket és a megállapításokat a következő fejezetben mutatjuk be. Az adatsorok által kirajzolódó tendenciák közül a HP értékek alakulásával kapcsolatban megállapítható, hogy a koncentráció növelésével az rendre alacsonyabb értéktartományba esik; összességében az értékek.. tartományba esnek, tehát egy viszonylag tág intervallumban mozognak, ha a koncentrációt.-% között változtatjuk. 9 9 HP HP 4 4 4 4 Agitation rate 4 4 Agitation rate. ábra. A HP értékek alakulása T és AR függvényében.%-os koncentráció esetében. ábra. A HP értékek alakulása T és AR függvényében %-os koncentráció esetében Ha mélyrehatóbban megvizsgáljuk az egyes koncentrációk rögzítése mellett a hőmérséklet és az áramoltatás mértékének hatását, akkor a HP értékek változási üteme eltérő mértéket mutat. A,%-os koncentrációjú közeg esetében a hőmérséklet emelésével összességében az AR mértékétől függetlenül csökken a HP értéke, viszont az egyre intenzívebb áramoltatás hatására a HP csökkeni fog. Az AR fokozásával ua. T esetén a HP értékek növekedése közel lineáris jelleget mutat; ennek a meredeksége a hőmérséklet növelésének hatására nő. Ezeken kívül az is megfigyelhető, hogy a közeghőmérséklet növekedésének HP-t csökkentő hatása csak magasabb T értékek esetén jelentkezik abban az esetben, ha a közeget egyre intenzívebben áramoltatjuk. Az %-os töménységű oldat kapcsán, az előbbi eszmefuttatás alapján vizsgálva az adatokat elmondható, hogy a T növelésének hatására bekövetkező HP csökkenés kisebb méretű, amit a. ábra. X-Z síkjára vetített, azonos AR-hez tartozó pontok kisebb intervallumon való eloszlása mutat. A korábban megfogalmazottak e koncentráció esetében is kimutathatóak, nevezetesen az AR hatásának köszönhetően a HP értékek magasabb hőmérsékleten való lassabb a csökkenése. Viszont ez a hatás ebben az esetben jóval kisebb mértékben jelentkezik. 4
HP HP 9 9 4 4 4 4 Agitation rate 4 4 Agitation rate. ábra. A HP értékek alakulása T és AR függvényében.%-os koncentráció esetében 9. ábra. A HP értékek alakulása T és AR függvényében %-os koncentráció esetében A.% és %-os oldatokra vonatkozó vizsgálati eredményeket vizsgálva, az azonos ARhez tartozó T-HP görbék meredeksége tovább csökken, valamint a nagyobb mértékű HP csökkenés a nagyobb hőmérséklet irányába mozdul el. A HP értékek alakulásának okai a közeg egyes termofizikai paramétereinek változásában keresendőek, hiszen azok a hűtés során lejátszódó hőátadási módok változásával szoros kapcsolatban vannak, és ezáltal befolyásolják a HP-t. Általánosságban megállapítható, hogy a paraméterek változtatása az. határhőmérséklet (Tvp) értékére volt nagyobb hatással, a. határhőmérséklet (Tcp) szinte független volt ezektől. Tcp, Tvp ( C) 4 4 4 4 Agitation rate Tcp, Tvp ( C) 4 4 4 4 Agitation rate. ábra. A kritikus hőmérsékletek értékének alakulása T és AR függvényében,%-os koncentráció esetében. ábra. A kritikus hőmérsékletek értékének alakulása T és AR függvényében %-os koncentráció esetében A magasabb közeghőmérséklet hatására a legtöbb esetben a Tvp értékek csökkentek, ami a gőzhártya vastagságának, ezáltal stabilitásának növekedésével magyarázható. [Liscic, ]
A hőmérséklet ezirányú hatását az áramoltatás mértékének növelése szinte teljes egészében megszünteti. Ez annak következménye, hogy az intenzívebb közegáramlás egyre nagyobb mértékben gátolja a vastagabb gőzréteg kialakulását, ill. a létrejött réteg időbeli stabilitását. A Tvp helyenként nem várt értékingadozása a gőzhártya eltérő módon történő felszakadásával és a nedvesítési front eltérő mozgásával hozható kapcsolatba. Ez az értékingadozás a HP értékek változására is hatással van, pl. C=,% T= C AR= esetében. Tcp, Tvp ( C) 4 4 4 4 Agitation rate Tcp, Tvp ( C) 4 4 4 4 Agitation rate. ábra. A kritikus hőmérsékletek értékének alakulása T és AR függvényében,%-os koncentráció esetében. ábra. A kritikus hőmérsékletek értékének alakulása T és AR függvényében %-os koncentráció esetében A maximális hűtési sebességet az áramlási sebesség növekedése egyértelműen növelte. Ez a növekedés még a magas közeghőméréklet ellentétes hatása ellenére is jelentkezik. A HP értékek esetében tapasztalható jelenség, nevezetesen a koncentráció és az áramlási sebesség hatására szűkülő értékintervallum a CRmax esetében többnyire nem jelentkezik.
CRmax ( C/s) 4 9 4 4 4 Agitation rate CRmax ( C/s) 4 9 4 4 4 Agitation rate 4. ábra. A maximális hűtési sebesség értékének alakulása T és AR függvényében,%-os koncentráció esetében. ábra. A maximális hűtési sebesség értékének alakulása T és AR függvényében %-os koncentráció esetében Ez azt jelenti, hogy a paraméterek változtatásának nincs együttes hatása a CRmax értékekre, azok változásának jellegét érdemlegesen nem befolyásolják, sőt az értékintervallumát nem tolják sem a nagyobb sem a kisebb értékek irányába. CRmax ( C/s) 4 9 4 4 4 Agitation rate CRmax ( C/s) 4 9 4 4 4 Agitation rate. ábra. A maximális hűtési sebesség értékének alakulása T és AR függvényében,%-os koncentráció esetében. ábra. A maximális hűtési sebesség értékének alakulása T és AR függvényében %-os koncentráció esetében A bemutatott vizsgálati adatok alapján a vizsgált közegre vonatkozóan az alábbi megállapítások tehetőek az edzési teljesítmény vonatkozásában: - a koncentráció növelésével az edzési teljesítmény csökken, - a hőmérséklet növelése az edzési teljesítmény csökkenését eredményezi, továbbá a koncentráció növelésével a csökkenés egyre kisebb mértékű lesz
- az áramoltatás intenzitásának fokozásával az edzési teljesítmény értéke megnövelhető, és a HP növekedésének mértékére nincs hatással a koncentráció változtatása... Növényi olajok A kísérleteket a kereskedelmi forgalomban beszerezhető, növényi olajok közül a következőkön végeztük el: napraforgó, oliva, repce, szója, kukorica-csíra, mogyoró, rizs, pálma és kókusz. Az ásványi olajok közül a Pertofer Marquench és 4-ös típusjelzésű olajokkal hasonlítottuk össze a növényi olajokat. A két ásványi olaj a felhasználás jellemző hőmérséklet tartománya szempontjából eltérő, az előbbi üzemi hőmérséklete az alacsonyabb tartományban, míg az utóbbi a magasabb intervallumba esik. A kísérletsorozat elvégzése után a regisztrált hűlésgörbékből kiindulva a közeg hőelvonóképességét számszerűen jellemző paramétereket, értékeket határoztunk meg: CRmax, T(CRmax), HTC(T). A termokinetikus paraméterekkel pusztán a különböző növényi olajok közeghőmérséklettől függő viselkedését kívánjuk elemezni. A hőátadási együttható függvényekre alapozva összehasonlítjuk a növényi olajok hőelvonó képességét az ásványi olajokéval. Kiindulásként egy globális gépet kaphatunk a hűtőközeg viselkedéséről ha meghatározzuk a hűtési sebességet a hőmérséklet függvényében (. ábra). Megállapítható, hogy az egyes növényi olajok esetében adódó maximális hűtési sebesség egy viszonylag kis intervallumban (- C/s) oszlik meg, és ebből a szempontból a növényi olajok többségénél nem tapasztalható jelentősebb mértékű eltérés az ásványi olajokhoz képest. Az viszont szembetűnő, hogy a vizsgált közeghőmérsékleten ( C) jelentősebb különbségek tapasztalhatóak a hőátadás szakaszai változásának tekintetében. Több növényi olajnál megfigyelhető, hogy a magasabb hőmérséklet tartományban (jellemzően C fölött) egyenletesen növekszik. Ez arra utal, hogy ezen olajok esetében vagy elmarad, vagy nem keletkezik jelentékeny vastagságú gőzfátyol. Megállapítható az is, hogy az alacsony üzemi hőmérsékletű ásványi olajban való hűtéskor keletkezik gőzfilm a felületen, amely jelentős mértékben csökkenti a hűtési sebességet. Habár több növényi olajnál tapasztalható a gőzfátyol jelenléte, annak hatása jóval kisebb mértékben befolyásolja a hűtést. 9 4 hi-temp quenching oil low-temp quenching oil soy-bean sunflower rape olive 9 4 hi-temp quenching oil low-temp quenching oil coco-nut palm rice hazel-nut corn 4 4 Cooling rate ( C/s) Cooling rate ( C/s). ábra. A hűtési sebesség alakulása C-os közeghőmérséklet esetén
A közeghőmérséklet emelésével lecsökkenő viszkozitás hatására a hűtési sebesség maximuma megnövelhető, egyes típusok (pl. napraforgó, mogyoró) esetében akár %-kal is. Ez a hatás azonban nem fokozható a közeghőmérséklet további emelésével (ld. 9. ábra). DCRmax ( C/s) olive rape sunflower corn hazel-nut rice soy-bean palm coco-nut - - 9 9. ábra. A hűtési sebesség maximumának változása a közeghőmérséklet függvényében Ha a fürdő hőmérsékletét a kiindulási állapothoz képest C-kal megemeljük a legtöbb típus esetében a CRmax értékek növekedése figyelhető meg. Ez alapvetően magyarázható a viszkozitás értékének csökkenésével. Viszont az a jelenség, miszerint a C-ról 9 C-ra emelve a közeghőmérsékletet, az több esetben a CRmax értékek csökkenését, ill. stagnálását eredményezi, egyéb folyamatok, ill. hatások szerepét is feltételezi. A nem-egyensúlyi átalakulások megindulásának körülményei ismeretében fontos ismerni a maximális hűtési sebesség értékén kívül azt is, hogy a közeg ekkora sebességgel milyen hőmérsékleten képes hűteni a felhevült darabot. Ez az adott, edzeni, vagy nemesíteni kívánt főleg az ötvözetlen, vagy gyengén ötvözött acélminőségek esetében alapvetően meghatározhatja a közeg edzőfolyadékként való használhatóságát. Mivel az tapasztalható, hogy jelentős (több C-os) különbség van a T(CRmax) érékek tekintetében az egyes növényi olajok között (ld.. ábra), ebből kifolyólag ezen olajok adott edzés- (v. nemesítés) technológia esetében nem feltétlenül helyettesíthetőek egymással. DT(CRmax) ( C) 4 olive rape sunflower corn hazel-nut rice soy-bean palm coco-nut - 9. ábra. A közeghőmérséklet hatása a maximális hűtési sebességhez rendelhető hőmérséklet változására 9
A közeghőmérséklet emelésével a T(CRmax) értéke növelhető (. ábra), bár az értékek a 9. ábra bemutatottakhoz nagyon hasonló tendenciát követnek. Az utóbbi két ábrában jelentős eltérések figyelhetőek meg a 9 C-os közeghőmérséklet esetében a szója és kókusz olaj valamint a többi olaj értékei között, ami felveti a mérési pontatlanság kérdését, vizsgálatának szükségességét. Arról a nem elhanyagolható jelenségről, hogy a hűtés során megvalósuló hőátadás három ismert részfolyamata hogyan válja egymást, az ún. átmeneti hőmérsékletek által kaphatunk közelebbi képet. Tekintsük elsőként a gőzhártyás- és buborékos forrási szakasz határát jelző hőmérsékleti értéket és annak a kiinduló közeghőmérséklettől függő változását! Tvp ( C) 9 4 olive rape sunflower corn hazel-nut rice soy-bean palm coco-nut 4 9. ábra. Az első átmeneti hőmérséklet (Tvp) változása a közeghőmérséklet hatására Látható a. ábraából, hogy igen jelentős különbség adódik a Tvp értékeinek alakulásában a közeg minősége, ill. a közeghőmérséklet tekintetében. A C-os fürdőhőmérséklet esetében az első átmeneti hőmérséklet alakulását az olaj típusa határozza meg, és egy meglehetősen tág intervallumban oszlanak meg az értékek. (Ennek ismerete azért fontos, mert azon olajok esetében, ahol a Tvp alacsonyabb értékű, a gőzhártyás forrási szakasz időben hosszabb, vagyis a hosszabb ideig tartó lassú hűtés miatt nem biztos, hogy garantálható a homogén szövetszerkezet bomlásának elkerülése.) Megfigyelhető az is, hogy a C és alapvetően a 9 C-os közeghőmérséklet kapcsán az egyes olajokhoz tartozó Tvp értékek lényegében azonosak, viszont ebben a kiinduló közeghőmérsékletre vonatkozó méréstartományban a hőmérséklet emelése alapvetően nincs hatással a Tvp értékek alakulására, vagyis ezáltal nem befolyásolható az intenzívebb hűtési részfolyamat starthőmérséklete.
Tcp ( C) 4 4 olive rape sunflower corn hazel-nut rice soy-bean palm coco-nut 9. ábra. A második átmeneti hőmérséklet (Tcp) változása a közeghőmérséklet hatására A második átmeneti hőmérséklet kapcsán egészen más megállapításokat lehet tenni az olajtípusok tekintetében. A. ábraán látható, hogy egyes növényi olaj fajtáknál a Tcp értékek egy hőmérsékletintervallumon belül helyezkednek el. Ha összevetjük ezen értékeket a hűtési sebességek értékeivel az ötvözetlen hipoeutektoidos acél Ms (~ C) hőmérsékleti izotermáján, akkor megállapítható, hogy mivel a hűtési sebességek között nincs jelentős különbség általában C/s alattiak, az edzhetőség szempontjából nincs érdembeli hatása annak, hogy ha a konvekciós szakasz az egyes olajok esetében akár jelentősen eltérő hőmérsékleteken indul el. Általános észrevételként még ha néhány típus esetében ez nem egészen igaz kimondható, hogy a közeghőmérséklet emelkedése nem gyakorol szignifikáns hatást a második átmeneti hőmérséklet értékére. 4. Összefoglalás A projekt. félévében folytattuk az hűtőközegek hűtőképességének mérését, és a hőmérséklet, áramlási sebesség és az összetétel/típus hatásának vizsgálatát szisztematikus méréssorozat elvégzésével. A kapott eredmények alapján a továbbiakban más típusú, ill. összetételű edzőfolyadékok vizsgálatával párhuzamosan az alkalmazott mérési módszer megbízhatóságát kívánjuk elemezni. Szintén ebben az időszakban került sor a kutatási infrastruktúra bővítésének elindítására. Olyan speciális próbatest került kialakításra, amellyel lehetőségünk van/lesz a hűtési folyamat során jelentkező, különböző hőátadási folyamatok lejátszódását, azoknak próbatest adott pontjában való időbeli változását vizsgálni, számszerűen jellemezni. Ez inputadatként fog szolgálni a későbbiekben elvégzendő modellalkotásnak.. Köszönetnyilvánítás A kutatási jelentésben ismertetett kutatómunka a TÁMOP-4...A-//KONV--9 jelű projekt részeként az Új Magyarország Fejlesztési Terv keretében az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg.
. Melléklet. ábra. Az. mm-es mélyfurat elhelyezése a próbatestben 4. ábra. A próbatest felnyitása marással,. mm-es furatok fúrása marógépen
. ábra. A felnyitott próbatest a termoelemek furataival. ábra. A termoelemek befűzése
. ábra. A befűzött termoelemek. ábra. A szerelőnyílás behegesztése 4
9. ábra. A behegesztett próbatest 4. ábra. A hegesztés reszelése, csiszolása
4. ábra. A termoelemek bekötése 4. ábra. A kész mérőeszköz
4. ábra. A próbatest C-ra való hevítés közben 44. ábra. A hűtőközeg hőmérsékletének méréséhez használt precíz hőmérők