冷卻劑流

冷卻劑流行為會影響模具與冷卻劑之間的熱傳導。當冷卻劑流為紊流而非層流時,會使熱傳導效果增強。相較於屬於層流的冷卻劑流而言,屬於紊流的冷卻劑流的溫度梯度更為合適。

從母模仁到冷卻通道的溫度梯度有兩個構成要素:

從塑膠到冷卻通道的熱流徑

冷卻劑流的速度可能會影響熱傳導。

當速度非常慢時,流是層流;因此必定會通過冷卻劑的各層向通道中心導熱。由於冷卻劑是不良熱導體,因此熱傳導效率非常差。下圖 a 對此情況進行了說明,其中冷卻劑金屬介面與通道中心之間的溫差相對較大。

當冷卻劑流增加時,熱傳導會以邊際速率上升,直到冷卻劑流變成紊流為止。現在有一個與通道垂直的冷卻劑速度要素,可使熱傳導明顯改善。下圖 b 中顯示的較高熱傳導會導致母模仁壁溫度較低,進而實現冷卻劑紊流。

在下圖中,模具元素由以下內容表示:


層流與紊流

熱傳導與冷卻劑流之間的關係可用冪係數表示。冷卻劑流為層流紊流或層流與紊流之間的轉換。對於層流而言,熱傳導的增強與流速的立方根成比例。

也就是說,冷卻劑流增加一倍會使熱傳導提高約 24%。對於完全紊流而言,熱傳導與流速的立方根的平方成比例。因此,在紊流區域中,冷卻劑流增加一倍會使熱傳導提高 59%。

抽吸系統周圍冷卻劑所需的功率與流速的立方成比例。即,冷卻劑流增加一倍將需要八倍的抽吸功率。

在紊流完全形成之後,大幅度加快流速,將提高模具排除熱量的能力。不過,可以排除的熱量受限於傳入模具的熱量,超出此限制可能無法提高熱排除。

熱傳導的最有效條件是確保冷卻劑流是紊流,且排除熱量的能力不能明顯超出可以排除的熱量。下圖展示以冷卻劑流速函數表示的模具熱排除。在 A 區域中,熱傳導以傳導的形式進行,在 C 區域中,熱傳導以對流的形式進行,而 B 為轉換區域。實線 E 反映熱萃取容量;虛線 H 表示實際熱萃取。



雷諾數

雷諾數」是可定義管中流體流速的比率。水中開始出現紊流時該數值在 2300-4000 之間。當流速為未知時,會為冷卻迴路指定雷諾數。雷諾數為 4000 會被視為完全紊流,但是在執行分析時,您最好使用雷諾數 10,000 來表示紊流。

冷卻系統方程式包含有關「雷諾數」的更多資訊。