冷却液流

冷却液流动行为影响模具与冷却液之间的热传导。冷却液流动为湍流而非层流时热传导系数将提高。与层流相比,湍流冷却液流的温度梯度更好。

从型腔到冷却管道的温度梯度由两部分组成:

从塑料到冷却管道的热流路径

冷却液流动的速度会影响到热传导。

流动速率低时呈现层流行为,热量通过冷却液的各个层被传递至管道中心。冷却液是不良导热体,因此热传导效率非常低。这将在下图 a 中进行表示,其中冷却液/金属接触面与管道中心之间存在相对较大的温度差异。

随着冷却液流动速率增加,热传导以边际速率递增直至冷却液流动成为湍流。此时出现垂直于管道的冷却液分速度,使得热传导率大幅提高。在下图 b 中显示了较大的热传导,这使得湍流冷却液在型腔壁处的温度较低。

在这些图中,模具单元通过下列方法表示:


层流和湍流

热传导率和冷却液流动速率之间的关系可以表示为功率因子。冷却液流动可呈层流湍流或层流与湍流之间的过渡状态。对于层流,热传导率与流动速率的立方根成正比。

这表示冷却液流动速率加倍将使热传导率增大约 24%。对于完全湍流,热传导率与流动速率立方根的平方成正比。因此,在湍流区冷却液流动速率加倍将使热传导率增大 59%。

在系统中泵送冷却液所需的功率与流动速率的立方成比例。这表示要使冷却液流动速率加倍,需将泵送功率提高 8 倍。

在完全形成湍流后,继续增加流动速率会提高模具吸收热量的能力。但是,可吸收热量受传递到模具的热量的限制,因此排热率的提高无法超出此限制。

热传导最有效的条件是确保冷却液流动呈湍流,但是排热能力不会大幅超过可吸收的热量。下图显示了从模具排出的热量作为冷却液流动速率的函数的情况。在区域 A 中通过传导传热,在区域 C 中通过对流传热,而 B 是过渡区域。实线 (E) 反映排热能力;虚线 (H) 表示实际排热。



雷诺数

雷诺数是定义管道中液体流动速率的比率。水发生湍流的范围是在 2300 到 4000 之间。当流动速率未知时,会为冷却回路指定雷诺数。雷诺数为 4000 时可视为湍流完全形成,但建议将雷诺数设为 10,000 以便在运行分析时表示湍流。

有关雷诺数的更多信息,请参阅“冷却系统方程”一节。