Modell zur Bestimmung der Leidenfrosttemperatur bei der Sprühkühlung von Schmiedewerkzeugen

Für die Auslegung der Werkzeugkühlung beim Schmieden mittels Besprühung mit einem flüssigen Medium ist die genaue Kenntnis des Wärmeübergangs vom Gesenk an die siedende Flüssigkeit bei zeitlich verändernder Werkzeugtemperatur maßgeblich. Das größte Hemmnis für die Kühlung von Schmiedewerkzeugen ist die Ausbildung eines isolierend wirkenden Dampffilms. Der Übergang vom Aufbau und Zusammenbruch des Dampffilms ist gekennzeichnet durch die sogenannte Leidenfrosttemperatur. Mit Veränderung bestimmter Parameter bei der Sprühkühlung (bspw. Volumenstrom, Tropfengeschwindigkeit und Besprühungsabstand) die teilweise voneinander abhängig sind, verändert sich der Wert der Leidenfrosttemperatur und damit verbunden die Kühlwirkung. Während die Datenlage für stationäre Siedeprozesse vergleichsweise umfangreich ist, liegen zum instationären Sieden nur vereinzelte Untersuchungsergebnisse vor, die sich mit Teilaspekten befassen und sich teilweise sogar widersprechen.
In dieser Arbeit wird ein Berechnungsmodell entwickelt, um die Leidenfrosttemperatur präzise vorhersagen zu können. Hierfür wird eine Verbesserung des Bezugs zwischen physikalischen Wirkzusammenhängen und empirischen Ergebnissen aufgezeigt. Dadurch ist eine ausreichend genaue Berechnung der Leidenfrosttemperatur möglich, die sich nur auf Parameter bezieht, die während des Prozesses gemessen oder aus den Eigenschaften der Kühlvorrichtung abgeleitet werden können.