Infrasound cooling of a steel plate
(2024) In Department of Energy Sciences MVKM01 20241Department of Energy Sciences
- Abstract (Swedish)
- Inom stålindustrin är naturlig konvektion en konventionell kylningsmetod. Genom att öka kylhastigheten jämfört med naturlig konvektion kan produktiviteten öka då kylbäddarna kan kortas och stålplåtarna tillbringar mindre tid under kylning. Detta frigör plats och sparar tid. Då möjligheten att använda infraljud till kylning redan har bekräftats genom experiment, ska denna masteruppsats försöka besvara ifall det finns en optimal frekvens och ett optimalt ljudtryck för att maximera värmeövergångstalet. För att besvara denna fråga utfördes experiment där en stålplåt med måtten 120 × 120 × 6 mm upphettades till 600˚C för att sedan kylas i en infraljudskylkammare. Kylkammaren var kopplad med resonanstuber till en pulsator som genererar... (More)
- Inom stålindustrin är naturlig konvektion en konventionell kylningsmetod. Genom att öka kylhastigheten jämfört med naturlig konvektion kan produktiviteten öka då kylbäddarna kan kortas och stålplåtarna tillbringar mindre tid under kylning. Detta frigör plats och sparar tid. Då möjligheten att använda infraljud till kylning redan har bekräftats genom experiment, ska denna masteruppsats försöka besvara ifall det finns en optimal frekvens och ett optimalt ljudtryck för att maximera värmeövergångstalet. För att besvara denna fråga utfördes experiment där en stålplåt med måtten 120 × 120 × 6 mm upphettades till 600˚C för att sedan kylas i en infraljudskylkammare. Kylkammaren var kopplad med resonanstuber till en pulsator som genererar infraljud. Genom att variera resonanstubslängderna och slaglängden på pistongerna som genererar infraljudet kunde olika fall med varierande ljudtryck och frekvens testas. Plåtens temperatur loggades varje sekund och genom användning av klumpkroppsanalys kunde värmeövergångstalet beräknas. En ickelinjär yta anpassades till datan med hänseende till partikelhastighetsamplituden och frekvensen. För att maximera värmeövergångstalet bör partikelhastighetsamplituden vara så hög som möjligt medan frekvensen bör vara så låg som möjligt. Dock upptäcktes det även att partikelhastighetsamplituden var starkt beroende av både frekvensen och slaglängden. (Less)
- Abstract
- In the steel industry, a conventional cooling method is natural convection. By increasing the cooling rate compared to natural convection, the productivity can be increased as cooling beds can be shortened, and the steel plates spend less time in cooling. This frees up space and saves time. As the ability to use infrasound for cooling had already been verified through experiments, this master thesis set out to answer if there exists an optimal frequency and an optimal sound pressure to maximize the heat transfer coefficient. To answer this question, experiments were conducted where a 120 × 120 × 6 mm steel plate was heated to 600˚C and then cooled in an infrasound cooling chamber. The cooling chamber was connected by resonance tubes to the... (More)
- In the steel industry, a conventional cooling method is natural convection. By increasing the cooling rate compared to natural convection, the productivity can be increased as cooling beds can be shortened, and the steel plates spend less time in cooling. This frees up space and saves time. As the ability to use infrasound for cooling had already been verified through experiments, this master thesis set out to answer if there exists an optimal frequency and an optimal sound pressure to maximize the heat transfer coefficient. To answer this question, experiments were conducted where a 120 × 120 × 6 mm steel plate was heated to 600˚C and then cooled in an infrasound cooling chamber. The cooling chamber was connected by resonance tubes to the infrasound generating pulsator. By varying the resonance tube length and the stroke length of the pistons generating the infrasound, different cases with varying frequency and sound pressure were tested. The plate temperature was logged each second and by using lumped body analysis, the heat transfer coefficient could be calculated. A non-linear surface was fitted to the data with respect to the calculated particle velocity amplitude and the frequency. To maximize the heat transfer coefficient, the particle velocity amplitude should be as high as possible while the frequency should be as low as possible. However, it was also found the particle velocity amplitude depends heavily on frequency and stroke length. (Less)
- Popular Abstract (Swedish)
- Kan bastung musik svalka i sommarvärmen?
Många söker svalka i sommarvärmen genom ett dopp i havet eller genom att slå på fläkten, men hade även lågfrekventa ljud kunnat kyla ner dig i hettan? Det är i alla fall vad en ny studie har kommit fram till om man gör en fri och fantasifull tolkning av den. Studien riktar nämligen in sig på infraljudskylning av stålplåt.
Men vad är infraljud? Det korta svaret är att det är ljud med så låg frekvens att vi människor inte uppfattar det som ljud. Vanligtvis brukar man säga att det gäller ljud som har en frekvens under 20 Hz. Naturligt förekommer infraljud ibland i samband med jordbävningar eller vulkanutbrott. Detta skulle kunna vara anledningen till att djur ofta vet i förväg att en naturkatastrof... (More) - Kan bastung musik svalka i sommarvärmen?
Många söker svalka i sommarvärmen genom ett dopp i havet eller genom att slå på fläkten, men hade även lågfrekventa ljud kunnat kyla ner dig i hettan? Det är i alla fall vad en ny studie har kommit fram till om man gör en fri och fantasifull tolkning av den. Studien riktar nämligen in sig på infraljudskylning av stålplåt.
Men vad är infraljud? Det korta svaret är att det är ljud med så låg frekvens att vi människor inte uppfattar det som ljud. Vanligtvis brukar man säga att det gäller ljud som har en frekvens under 20 Hz. Naturligt förekommer infraljud ibland i samband med jordbävningar eller vulkanutbrott. Detta skulle kunna vara anledningen till att djur ofta vet i förväg att en naturkatastrof är på ingång då många djur kan uppfatta lägre frekvenser än människan. På grund av sina låga frekvenser har infraljuden en lång våglängd. Förutom frekvens är ljudtrycket den viktigaste parametern för att karaktärisera infraljud. När man pratar om hörbart ljud bestämmer ljudtrycket hur hög ljudvolym ljudet har.
Hur kan infraljud bidra till bättre kylning av stålplåt? För att förstå det
måste först fenomenet resonans förklaras. När ett ljud utbreder sig i ett stängt rör där längden av röret motsvarar en multipel av halva ljudets våglängd uppstår resonans. Resonans gör att ljudet förstärks inne i röret. I studien användes ett rör som motsvarade halva våglängden av infraljudet. Vid den här typen av resonans är svängningen som störst i mitten av rörlängden. Det innebär att luften kring mittpunkten kommer att förflytta sig mycket fram och tillbaka. Genom att placera en kylkammare på denna plats kan luftrörelsen användas för att öka kylningen av en varm plåt som är placerad i kylkammaren. Principen är inte helt olik hur en fläkt kan användas för att leda bort värme från ett varmt föremål, men då svängningarna byter riktning flera gånger per sekund blir kylningen jämnare över hela plåten.
Varför är man intresserad av den här typen av kylning av stålplåt? Först och främst innebär en effektivare kylning att plåtarna kan tillbringa mindre tid på de kylbäddar plåtarna idag svalnar på. Dessutom kan bäddarna bli kortare. Detta innebär att hela processen kan effektiviseras och att produktionsvolymerna kan öka.
Men det finns också ett annat användningsområde. Inom specialstålsbranschen är det viktigt att stålet härdas med rätt kylningshastighet vid rätt temperaturintervaller.
Genom att precisionsstyra kylningshastigheten med hjälp av infraljud kan nya stål utvecklas och produceras.
Vad visade studien? I studien testades frekvensens och ljudtryckets påverkan på värmeövergångstalet. Ett högre värmeövergångstal motsvarar snabbare kylning.
Studien kom fram till att ljudtrycket hade störst påverkan på värmeövergångstalet. Ett högre ljudtryck gav ett högre värmeövergångstal. Till synes hade frekvensen en väldigt liten påverkan på värmeövergångstalet men det visade sig att frekvensen hade stor påverkan på ljudtrycket och därför även stor påverkan på värmeövergångstalet.
För att få så högt ljudtryck som möjligt ska frekvensen vara så hög som möjlig. Det finns dock antagligen en gräns för hur hög frekvens man kan använda eftersom kylningen blir jämnare ju lägre frekvens man använder.
Så hur blir det då i sommarvärmen? Kommer bastung musik att svalka dig i framtiden? Kanske om du är en stålplåt på SSAB och om du uppskattar riktigt lågfrekventa bastoner. Vi får dock se vad framtiden har i kikaren för infraljudstekniken! (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9173447
- author
- Strandh, Emrik LU
- supervisor
- organization
- course
- MVKM01 20241
- year
- 2024
- type
- H2 - Master's Degree (Two Years)
- subject
- keywords
- Infrasound cooling, Steel plate, Heat transfer coefficient, Natural convection, Forced convection, Acoustics, Resonance
- publication/series
- Department of Energy Sciences
- report number
- LUTMDN/TMHP-24/5599-SE
- ISSN
- 0282-1990
- language
- English
- additional info
- This master thesis was carried out in collaboration with SSAB in Oxelösund and Infrasonik AB in Spånga. The test equipment was lended by Infrasonik AB and the experimental work was carried out at LTH in Lund.
- id
- 9173447
- date added to LUP
- 2024-09-06 09:43:58
- date last changed
- 2024-10-03 11:10:56
@misc{9173447,
abstract = {{In the steel industry, a conventional cooling method is natural convection. By increasing the cooling rate compared to natural convection, the productivity can be increased as cooling beds can be shortened, and the steel plates spend less time in cooling. This frees up space and saves time. As the ability to use infrasound for cooling had already been verified through experiments, this master thesis set out to answer if there exists an optimal frequency and an optimal sound pressure to maximize the heat transfer coefficient. To answer this question, experiments were conducted where a 120 × 120 × 6 mm steel plate was heated to 600˚C and then cooled in an infrasound cooling chamber. The cooling chamber was connected by resonance tubes to the infrasound generating pulsator. By varying the resonance tube length and the stroke length of the pistons generating the infrasound, different cases with varying frequency and sound pressure were tested. The plate temperature was logged each second and by using lumped body analysis, the heat transfer coefficient could be calculated. A non-linear surface was fitted to the data with respect to the calculated particle velocity amplitude and the frequency. To maximize the heat transfer coefficient, the particle velocity amplitude should be as high as possible while the frequency should be as low as possible. However, it was also found the particle velocity amplitude depends heavily on frequency and stroke length.}},
author = {{Strandh, Emrik}},
issn = {{0282-1990}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
series = {{Department of Energy Sciences}},
title = {{Infrasound cooling of a steel plate}},
year = {{2024}},
}