高炉镶砖冷却壁温度场研究

开发了一个三维柱坐标系下冷却壁传热计算的计算机软件。应用该软件在给定的假设条件下研究了高炉镶砖冷却壁的温度分布情况，同时研究了炉内对流换热系数、冷却水速度、水管间距及砖衬厚度对冷却壁及耐火材料温度分布的影响。     

火积理论在高炉冷却壁性能评价中的应用

基于火积理论分析得出了高炉冷却壁的火积平衡方程式以及冷却壁中的火积耗散.在此基础上定义了高炉冷却壁的热阻.根据最小热阻原理,提出用高炉冷却壁的热阻来评价其传热性能的优劣的观点,通过实例说明了高炉冷却壁热阻的计算方法,比较了不同冷却水管间距下冷却壁热面最高温度及热阻之间的关系.结果表明,随着冷却水管间距的改变,冷却壁热阻与热面最高温度有相同的变化趋势.在一定的边界条件下,高炉冷却壁的热阻可以评价其传热性能的优劣.     

基于灰色关联度的高炉冷却壁整体优化

基于灰色关联度分析方法,研究了高炉冷却壁冷却水管半径、冷却水管间距、水管距热面距离 、冷却壁壁体厚度等对冷却壁热面最高温度和热应力的影响。综合冷却壁结构优化分析,得到冷却壁最优结构尺寸组合是：水管半径20mm、水管间距为220mm,水管距热面距离为90mm和冷却壁壁体厚度125mm。     

影响高炉炉墙热负荷的因素分析

应用传热学原理建立了高炉炉墙温度场数学模型,应用数值模拟方法分析了冷却水管直径和间距、冷却水管至冷却壁热面的距离,镶砖导热系数、镶砖厚度和面积,炉衬厚度,渣铁凝固层厚度及对流换热系数对炉墙热负荷的影响. 结果认为, 降低炉墙热阻是增大炉墙热负荷的重要途径.     

高炉铸钢冷却壁热态实验研究

模拟高炉冷却壁的实际工作条件，进行1：1高炉铸钢冷却壁的热态实验，获得铸钢冷却壁的温度场分布．考察冷却水进水温度、水速以及炉气温度对铸钢冷却壁温度场的影响，分析了高炉冷却壁破损的主要原因．分析表明，降低水温以及提高冷却水水速都是不经济的．实验结果表明，铸钢冷却壁的性能优于球墨铸铁冷却壁，但与铜冷却壁相比还有较大差距．     

高炉铸钢冷却壁热态实验研究

模拟高炉冷却壁的实际工作条件,进行1：1高炉铸钢冷却壁的热态实验,获得铸钢冷却壁的温度场分布,考察冷却水进水温度、水速以及炉气温度对铸钢冷却壁温度场的影响,分析了高炉冷却壁破损的主要原因,分析表明,降低水温以及提高冷却水水速都是不经济的,     

变渣皮厚度条件下铜冷却壁应力分布规律及挂渣稳定性

根据热弹性力学理论,建立了渣皮厚度可变的铜冷却壁热-力耦合应力场分布计算模型,从铜冷却壁本体和炉渣-镶砖界面应力分布的角度分析了煤气温度、冷却制度、镶砖材质和炉渣性质等因素对铜冷却壁寿命及挂渣稳定性的影响规律.计算结果表明:煤气温度的升高使铜冷却壁本体应力线性升高,同时挂渣稳定性减弱;铜冷却壁本体应力值及挂渣稳定性均随渣皮厚度增加而呈现先下降后上升的趋势,实际生产中渣皮厚度应维持在30~60 mm之间;冷却水流速的增大会导致铜冷却壁本体应力值小幅上升,但可使挂渣稳定性增强;冷却水温的提升可小幅降低冷却壁本体应力,但会显著降低挂渣稳定性;镶砖热导率的提升和炉渣热膨胀系数的减小均有利于降低铜冷却壁本体应力并增强挂渣稳定性.     

异形水管对高炉冷却壁温度和应力场的影响

利用ANSYS软件分析了各种异型管(椭圆、矩形、正六边形、双圆形及三圆形)对冷却壁温度场及热应力场的影响.结果表明:与圆管同周长时,各异型冷却水管冷却壁的热面最高温度和最大热应力变化幅度不大;与圆管同截面积时,各异型管冷却壁热面最高温度和最大热应力均有所下降.这说明冷却水管由圆管改成异型管后,提高了冷却壁的传热性能,从而延长了高炉的使用寿命.采用最优管形——长短轴比为0.6的椭圆管,可以减少冷却水流量和减薄冷却壁壁体厚度,从而达到降低炼铁成本的目的.     

挂渣铸铁冷却壁水管形状优化研究

采用ABAQUS有限元软件,结合热态试验数据计算分析铸铁冷却壁冷却水管形状对冷却壁热表面渣皮厚度的影响.计算结果表明:冷却水管截面面积相同的情况下,当水管的短轴与长轴之比为0.2时,渣皮的厚度增加6.4%.综合考虑传热、冷却水阻力等因素,计算得出:把圆管做成面积相同的长短轴之比为0.45-0.55的椭圆管,不仅对铸铁冷却壁起到最好的保护效果,而且减少了水流量,这对于高炉的节能、降耗、长寿具有指导意义.     

高炉冷却壁热应力试验分析

采用脆性涂层法和电阻应变法实际测量了高温状态下高炉冷却壁的应力和应变,实测结果表明：由于冷却水管的非均匀布置,冷却壁中心位置应力较高,而四周应力较低,高炉冷却壁的应力分布,与有限元的应力分布计算结果的趋势和数量级相同,这种测量方法的应用为应力应变的理论计算提供了一种新的校验方法。     

高效翅柱复合型散热器的流动与散热性能研究

针对平板翅片式散热器存在的不足,提出了一种翅片间设有钉柱的翅柱复合型散热器.钉柱能够使通过该散热器的气流受到扰动,从而提高其散热性能.通过对2种散热器通道内的流动换热进行数值计算和实验验证,结果表明:在相同的风速下,翅柱式散热器表面的Nusselt数比板翅式散热器高30%～50%;在相同的泵送功率下,翅柱式散热器的收益因子比板翅式散热器约高20%.因此,在相同的工况下,翅柱式散热器具有更好的散热性能,并具有可靠性高、使用成本低的优点,在电力电子设备的冷却中具有较高的使用价值.     

透平叶片双工质冷却特性的实验研究

针对双工质冷却叶片存在尾缘温度较高的问题,提出了一种带尾缘射流孔的双工质冷却叶片.在建立的3叶片叶栅热风洞实验平台上,实验研究了冷却介质进口参数对实验叶片表面温度和冷却效率分布的影响.结果表明:双工质综合冷却下,叶片尾缘温度大幅度下降,叶片表面温度分布较均匀;当冷却介质与主流燃气的温比Tc/Tg=0.65、压比Pc/Pg=1.3、流量比Mc/Mg=0.034时,叶片尾缘和前缘区域冷却效率分别约为50％和55％,中弦区域的冷却效率高达67％;与冷却介质进口参数相比,冷却方式和冷却结构对提高叶片冷却效率更有效.     

水内冷发电机定子的三维耦合传热分析

利用数值模拟法,分析排间绝缘和内孔堵塞对温度场的影响,探讨流场、温度场和线棒发热耦合的水内冷发电机定子线棒的三维传热。经模拟,发现堵塞一个内孔使出口最高温度升高约2.8℃,堵塞两个内孔,出口最高温度升高4.6～6℃,即堵塞的内孔数越多出口温升越高;相同堵塞情况下,排间绝缘导热系数从0.5 W/(m.℃)降到0.1 W/(m.℃),可使最高温度升高2～5℃,即排间绝缘导热系数越小,出口温升越高;被堵塞的内孔数相同时,位置集中比位置分散的温升要高2～6℃;模拟温度场和内热源对内孔堵塞的动态响应,发现温度场和内热源先呈上凸增长而后趋于稳定,排间绝缘的导热系数对响应时间无显著影响。     

喷雾冷却沸腾传热强化试验

随喷雾流量及过热度增加,热流密度增大,但热表面中心干涸区变大、液膜覆盖区减小,表面利用率降低,传热性能有提升空间。基于此,通过改变单喷嘴高度、设计微孔阵列喷嘴两种途径,探讨热表面液膜均匀性和喷雾冲击强度对传热的影响规律。结果表明单喷嘴高度存在最佳值(4 mm),此时热表面无干涸区,喷雾冷却沸腾传热性能最强;与喷嘴高度6 mm相比,在喷雾流量为50 mL/min、过热度为20 K时,热流密度提高了13%;微孔阵列喷嘴形成的液膜分布更均匀,使得表面温度也较均匀,当过热度大于10 K,微孔阵列喷雾传热性能更优,比上述工况下单喷嘴的热流密度提高16%。强烈冲击的均匀薄液膜是决定喷雾冷却沸腾传热的关键,为进一步强化喷雾冷却沸腾传热提供了可行的方向。     

Investigation of Heat Transfer in the Spray Cooling of Continuous Casting

The heat transfer coefficient between spray water droplets and hot surface is measured in the laboratory. The effect of spray water flow rate, water pressure, spray distance of nozzle from the surface of strand, spray water temperature on the heat transfer is made a detail studied. And meanwhile, the effect of the strand surface FeO scale on the heat transfer is also investigated. According to the experimental results, the influence of above factors on the heat transfer coefficient has been discussed and a experience formula between the heat transfer coefficient and spray water flow rate is given out.     

小型平板热管传热实验研究

研究用于电子器件高效冷却的小型平板热管（简称为热板）的传热机理,提出热板设计方案;采用粉末冶金的方法在热板蒸发的热板蒸发端烧结毛细多孔层,强化了工质的沸腾换热过程;对热板进行了传热稳态和瞬态性能测试,分析工质充装量、毛细多孔层厚度、热板工作方式等因素对热板传热性能的影响。     

横流式冷却塔传热传质数值计算

采用一种流动传热数值计算模型,利用SIMPLE算法求解二维椭圆型方程的程序,针对上海化机二厂HBG-700型横流塔进行了传热传质数值计算,考虑了流动的非均匀性和空气密度变化,以及流动、传热和传质的耦合。通过计算,得出冷却塔中,空气的速度、压力、温度和含湿量,以及水温的二维分布。出塔平均热力参数与实塔测试结果以及压差法的计算结果基本相符。     

交错管束间湿空气-水蒸发冷却特性模拟

为研究交错管束间喷淋水-湿空气及管壁-喷淋水间传热传质特性,综合考虑了喷淋水在交错管束间运动及传热传质过程,采用基于DPM （discrete phase models）与WFM （wall film models）耦合的欧拉-拉格朗日方法,建立了交错管束间湿空气-水蒸发冷却传热传质特性分析模型.通过文献实验数据验证了模型的可靠性,最大误差仅为1.1%;模拟了运行参数对交错管束间湿空气-水传热传质性能的影响.结果表明,空气流量对交错管束间传热传质性能的影响要比喷淋水流量对其影响更加显著,因此可适当降低喷淋水流量提高循环水泵能效;干湿球温度升高会对交错管束间传热传质性能产生不利影响,但与干球温度相比,湿球温度对交错管束间传热传质影响更大;提高喷淋水温度可以改善喷淋水膜-管壁间的Nusselt数,但管束壁面平均温度也随之升高,从而降低冷水机组的性能.上述研究成果为交错管束热力设计计算提供依据.      

高温气体流过圆管时壁面发散冷却的数值模拟

对超高温燃烧室发散冷却全场进行有效的数值模拟对燃烧室材料结构设计具有重要的意义。该文通过FLUENT 6.1,采用RNG k-ε湍流模型,建立了高温气体流过圆管时多孔介质壁面发散冷却的全场耦合数值计算模型。该模型计算结果与低温氦气、低温空气发散冷却实验结果基本吻合。该文研究了常温氢气对超高温燃烧室内燃气的发散冷却,结果表明,忽略对流传质边界层的影响会导致计算预测的壁面温度偏高,忽略孔隙率局部分布的不均匀性会导致冷却壁面端部出现高温计算结果,这不符合常理。在注入率为1%左右时,冷却壁面温度在400~900 K的范围内,壁面局部热流密度降至200 kW/m2左右,可以满足航天器燃烧室保护壁面的需要。     

离散孔板气膜冷却对流换热系数的计算

通过对几种不同的气膜冷却对流换热系数的计算方法的归纳总结，提出用相对气膜冷却换热系数的方法来计算气膜冷却时的对流换热.在对6种不同开口规律的离散孔平板进行了实验研究的基础上，用热平衡法建立了离散孔板气膜冷却对流换热模型，用最小二乘法拟合了相应的关系式及关系曲线，并分析了来流参数及离散孔板的孔径、开口率等几何参数对气膜冷却对流换热系数的影响.