Raffreddamento ed ebollizione

Fonte: Alexander S Rattner, Sanjay Adhikari e Mahdi Nabil; Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Nucleare, The Pennsylvania State University, University Park, PA

Il riscaldamento controllato seguito da un rapido raffreddamento è un elemento importante di molte applicazioni di lavorazione dei materiali. Questa procedura di trattamento termico può aumentare la durezza del materiale, che è importante per utensili da taglio o superfici in ambienti ad alta usura. La fase di raffreddamento rapido è chiamata temprae viene spesso eseguita immergendo i materiali in un bagno fluido (spesso acqua o olio). Il trasferimento di calore di spegnimento può verificarsi a causa della convezione forzata - quando l'azione del materiale in rapido movimento attraverso il refrigerante guida il processo di trasferimento del calore e a causa della convezione libera - quando la ridotta densità del fluido caldo vicino alla superficie del materiale provoca la circolazione guidata dalla galleggiabilità e il trasferimento di calore. A temperature elevate del materiale, il refrigerante può bollire, portando ad una maggiore efficacia del trasferimento di calore. Tuttavia, quando i materiali estremamente caldi vengono temprati, possono essere ricoperti da vapore di refrigerante a conduttività termica relativamente bassa, portando a uno scarso trasferimento di calore.

In questo esperimento, il trasferimento di calore di tempra sarà misurato per un cilindro di rame riscaldato, che è rappresentativo di piccole parti trattate termicamente. Il profilo di temperatura del campione transitorio verrà misurato durante la tempra e confrontato con i risultati teorici per il trasferimento di calore a convezione libera. I fenomeni di ebollizione saranno anche indagati qualitativamente.