Le comportement de l'écoulement du liquide de refroidissement se répercute sur le transfert de chaleur entre le moule et le liquide de refroidissement. L'efficacité du transfert de chaleur est accrue quand l'écoulement du liquide de refroidissement est turbulent et pas laminaire. L'écoulement du liquide de refroidissement turbulent a un meilleur gradient de température que l'écoulement laminaire.
- Le gradient de température à travers le métal, qui dépend de la conductivité du métal
- Le gradient de température à travers l'interface entre le liquide de refroidissement et le métal, qui dépend de l'écoulement du liquide de refroidissement
Trajectoire du flux de chaleur du plastique vers le canal de refroidissement
La vitesse d'écoulement du liquide de refroidissement affecte le transfert de chaleur.
À des vitesses très faibles, l'écoulement est laminaire ; la chaleur doit être conduite à travers plusieurs couches de liquide de refroidissement vers le centre du canal. Le liquide de refroidissement étant un mauvais conducteur de la chaleur, le transfert de chaleur est très inefficace. Cela est indiqué dans les schéma suivant a ci-dessous où il existe une différence de température relativement importante entre l'interface liquide de refroidissement/métal et le centre du canal.
À mesure que l'écoulement du liquide de refroidissement augmente, le transfert de chaleur augmente à un taux marginal jusqu'à ce que l'écoulement du liquide devienne turbulent. À présent, une composante de la vitesse du liquide de refroidissement perpendiculaire au canal améliore considérablement le transfert de chaleur. Le transfert de chaleur plus important illustré dans le schéma suivant b se traduit par une température inférieure au niveau de la paroi de l'empreinte pour les liquides de refroidissement avec un écoulement turbulent.
Dans ces schémas, les éléments du moule sont représentés par les éléments suivants :- a - liquide de refroidissement
- b - interface eau/métal
- c - paroi de l'empreinte
- d - pièce plastique
Flux laminaire et turbulent
La relation entre le transfert de chaleur et l'écoulement du liquide de refroidissement peut être exprimée en tant que facteur de puissance. L'écoulement du liquide de refroidissement peut être laminaire ou turbulent, ou en transition entre le laminaire et le turbulent. Dans le cas de flux laminaire, le transfert de chaleur augmente proportionnellement à la racine cubique du débit.
Ceci signifie que si l'écoulement du liquide de refroidissement est doublé, le transfert de chaleur augmente d'environ 24 pour cent. Dans le cas de turbulence totale, le transfert de chaleur est proportionnel au carré de la racine cubique du débit. Par conséquent, si l'écoulement du liquide de refroidissement est doublé dans la zone turbulente, le transfert de chaleur augmente de 59 pour cent.
La puissance requise pour faire circuler le liquide de refroidissement autour du système est proportionnelle à la puissance cube du débit. Cela signifie que si l'écoulement du liquide de refroidissement est doublé, la puissance requise est huit fois plus grande.
Lorsque la turbulence maximale est atteinte, une augmentation du débit augmentera la capacité des moules à extraire la chaleur. Cependant, le montant de chaleur qui peut être extrait est limité par le montant de chaleur qui passe par le moule, et l'extraction de la chaleur ne peut pas être améliorée au-delà de cette limite.
La condition la plus efficace pour le transfert de chaleur est de garantir que l'écoulement du liquide de refroidissement est turbulent, et que la capacité d'extraction de chaleur ne dépasse de trop la quantité de chaleur pouvant être extraite. Le graphique ci-dessous montre l'extraction de chaleur du moule en fonction du débit du liquide de refroidissement. Dans la région A le transfert de chaleur s'effectue par conduction, dans la région C le transfert de chaleur s'effectue par convection, tandis que B est une région de transition. La ligne solide, E, correspond à la capacité d'extraction de chaleur ; la ligne en pointillés, H, indique l'extraction de chaleur réelle.
Nombre de Reynolds
Le nombre de Reynolds est un rapport qui détermine le débit d'écoulement d'un fluide dans les tuyaux. Dans l'eau, le seuil de turbulence se situe entre 2 300 et 4 000. Le nombre de Reynolds est affecté aux circuits de refroidissement lorsque le débit est inconnu. Un nombre de Reynolds de 4 000 indique une turbulence totale, mais il est recommandé d'utiliser nombre de Reynolds de 10 000 pour représenter un écoulement turbulent lors de l'exécution d'une analyse.
Les équations du système de refroidissement contiennent plus d'informations sur le nombre de Reynolds.