Convective heat transfer from a billet due to an oblique impinging circular jet within the spray forming process

Abstract

An experimental investigation was performed to study the heat transfer process from the surface of a billet due to an oblique impinging circular gas jet. The gas stream was generated by a circular array of 24 single jets within an atomizer nozzle. The application of this heat transfer condition can be found in the spray forming process during the cooling of the sprayed billet. At several positions on the billet surface the local heat transfer coefficients were measured. The measurement technique was based on the cooling of a surface mounted sensor having a sufficiently small Biot number. A comparison between published data and a test case had been carried out successfully. The distance between the atomizer and the billet, the gas mass flow rate, and the rotation angle of the billet were varied. Velocity measurements were executed to characterise the gas flow in the confined jet in the absence of the billet, while numerical flow field simulations were used to calculate the flow around the billet. The heat transfer coefficient distribution showed a significant peak at the stagnation point and decreased with increasing atomizer to billet distance and also with decreasing gas mass flow. The heat transfer coefficients averaged over the circumference of the billet were correlated empirically.

Résumé

Une étude expérimentale est effectuée pour étudier le transfert de chaleur, à la surface d'une billette, crée par un courant circulaire gazeux d'impact oblique. Le courant gazeux est généré par un anneau de 24 jets simples. Cette condition de transfert de chaleur se produit dans le procédé de mise en forme par atomisation lors du refroidissement de la billette pulvérisée. Les coefficients de transferts de chaleur locaux ont été mesurés à différentes positions sur la billette. La technique de mesure est basée sur le refroidissement d'un palpeur ayant un nombre de Biot suffisamment petit. Une comparaison entre les données publiées et le cas testé a été effectuée avec succès. La distance entre l'atomiseur et la billette, le flux massique de gaz et l'angle de rotation de la billette étaient les paramètres qui variaient. Des mesures de vitesses ont été entreprises pour caractériser le flux de gaz sans billette alors que des simulations numériques furent utilisées pour calculer le flux avec billette. Le coefficient de transfert de chaleur est maximal au point d'impact et diminue avec l'augmentation de la distance atomiseur/billette mais diminue aussi avec la réduction du flux massique de gaz. Les coefficients de transfert de chaleur moyennés sur la circonférence sont mis en corrélation d'une manière empirique.