Development of a mathematical model for the prediction of the heat transfer coefficient during spray cooling of hot steel surfaces

Sprchové chladenie sa v metalurgickom priemysle využíva pri kontinuálnom odlievaní, valcovaní za tepla a tepelnom spracovaní. Chladiaca kvapalina je pomocou trysiek rozprašovaná na chladený povrch. Z fyzikálneho hľadiska sa jedná o nútenú konvekciu s prítomnosťou varu. Sprchové chladenie je ovplyvňované faktormi súvisejúcimi s vlastnosťami chladiacej kvapaliny, v našom prípade vody (možstvo dopadajúcej vody, teplota vody, veľkosť dopadajúcich kvapiek a ich dopadové rýchlosti), a s vlastnosťami chladeného povrchu (teplota chladeného povrchu, drsnosť povrchu, prítomnosť oxidov a tiež typ materiálu). Doposiaľ neexistujú presné fyzikálne rovnice, ktoré by dokázali prenos tepla pri sprchovom chladení popísať. Táto práca sa venuje tvorbe modelu pre predikciu súčiniteľu prestupu tepla pri blanovom vare a modelu pre predikciu Leidenfrostovej teploty na základe vlastností sprchového chladenia (chladiacej kvapaliny, chladeného povrchu) s dôrazom na vplyv teploty chladiacej kvapaliny. Na základe údajov z experimentálnych meraní vytváram korelácie slúžiace k aproximácii súčiniteľa prestupu tepla a Leidenforstovej teploty. Následne mnou vytvorené modely porovnávam s doteraz zverejnenými modelmi.Spray cooling of hot surfaces is used in the metallurgical industry for continuous casting, hot rolling and heat treatment. The water is sprayed by the nozzle on the cooled surface. Physically speaking, the process of cooling can be characterized as forced convection with the presence of the boiling. The spray cooling is influenced by the factors depanding on characteristics of cooling liquid (water impingement density, water temperature, droplet size, impact velocity) and characteristics of cooled surface (surface temperature, surface roughness, presence of oxides, type of material). In the moment, there are not exact physical equation which can precisly describe the complicated process of heat transfer during spray boiling. This thesis deals with the creation of the model for prediction of the heat transfer coefficient during film boiling and the model for prediction of the Leidenfrost temperature. These models are depending on characteristics of spray cooling. The creation of the models is based on experimentaly mesured data. My created models are then compared with already published models.