水冷换热系数的研究及平面凝固铸造的数值模拟

分别建立了喷雾冷却和平面凝固铸造的二维计算模型.根据对1070铝合金方锭末端冷却所测得的温度数据,反求出不同水压下冷却面表面温度与换热系数的变化规律,并将其作为边界条件导入平面凝固铸造的计算模型进行可靠性验证.结果表明:界面换热系数随冷却面温度的降低先升高后降低,在400K左右达到峰值.随着冷却水压的增加,换热系数的峰值和峰值对应的温度值也相应增大.铸造实验测温结果表明:所用平面凝固装置可实现凝固前沿宏观上呈平面上升,且凝固过程中铸锭各处冷却均匀;与数学模型计算结果吻合良好,说明该模型可用于平面凝固铸造工艺方案的研究.     

水流量对热轧钢板层流冷却过程对流换热系数的影响

提高带钢层流冷却控制模型的精度,关键是建立精确的对流换热系数与冷却工艺之间的关系.采用有限差分法和反向热传导法,获得了实验条件下钢板表面的对流换热系数及表面温度.研究了不同水流量(0.9～2.1 m3.h-1)对换热系数与表面温度变化规律的影响.在层流冷却过程中,对流换热系数与表面温度呈非线性关系;在距离驻点70 mm内,水流量对换热系数随表面温度变化规律没影响;远离驻点70 mm外,对流换热系数比随远离冲击区驻点距离的增加而减小.采用所确定的换热系数计算得到的温降曲线与实测曲线吻合较好.     

中厚板控制冷却数学模型

介绍了中厚板控制冷却过程中所用的数学模型,包括差分模型、空冷和水冷换热系数模型、比热和热传导率模型,并采用有限差分法模拟计算了钢板在冷却过程中厚度、宽度方向上的温度场分布,以及间歇冷却对控制冷却的影响·从模拟结果可以看出,返红时间、厚度上温度梯度随钢板厚度增加而增加;间歇冷却时钢板内部温度呈均匀下降,表面不断冷却与返红过程·在线应用证明该套数学模型计算精度较高,可以满足现场实际生产的要求·     

中厚板辊式淬火机淬火过程的温度场分析

通过建立中厚板辊式淬火机淬火过程的热传导控制方程,分析了热交换系数、淬火方式对中厚钢板淬火过程中温度场的影响.分析表明,淬火过程中,一定厚度的钢板,换热系数在一定范围内增大时,对流换热边界条件对钢板表面及内部温度变化影响效果显著;中厚板辊式淬火机淬火过程的特点在于,钢板首先通过冷却强度很大的高压淬火区冷却,使板材内部保持很大的温度梯度,从而保证板材获得较大的冷却速度;在较低冷却强度的低压淬火区完成淬火过程,板材内部温度梯度减小,可降低板材内部热应力.     

喷雾冷却中射流出口高度和高温钢板表面温度对换热系数的影响

利用有限元耦合场数值模拟计算方法进行了高温钢板纯水喷雾冷却的模拟,研究了射流出口高度和钢板表面温度对换热系数的影响.模拟结果表明:在其他参数不变的情况下,随喷射距离(在200～500 mm范围内)的减小,换热系数总体呈增加趋势;随钢板表面温度(在1050～1 200 K范围内)的增加,换热系数总体呈减小趋势.     

钢板强适应横向冷却曲线

根据能量守恒定律，建立了温度场模型，利用边界条件，求解钢板表面流水冷却的换热系数和冲击射流换热系数，从而获得强适应横向冷却曲线的正确形状，采用同直径集管以及不同密度分布的设计方法，使钢板得到均匀的温度分布，获得平直的板形。     

热轧带钢轧后高强度冷却过程的换热系数分析

为了研究基于层流冷却(加强型冷却)和采用有压射流冷却水进行冷却(超快冷)这两种技术方案下冷却强度的差异,采用数值计算方法得到了不同水流密度和冷却方式下带钢表面换热系数,并进行对比分析.结果表明:在水流密度相同时,超快冷的换热系数显著高于加强型冷却;在加强型冷却方式下随着水流密度的提高,带钢表面换热系数也随之升高,当达到一定值后,再次提高水流密度,换热系数会随之降低,但在超快冷方式下,换热系数并未出现明显的下降趋势.     

ADCOS-PM工艺下中厚板冷却速度控制方法

以国内某4300mm中厚板生产线轧后先进冷却系统为研究对象,对中厚板轧后冷却过程中冷却速度的影响因素及控制方法进行研究.分析了换热、喷嘴形式及集管水流密度等因素对冷却速度的影响,确定出不同厚度规格钢板的冷却速度控制范围.建立了冷却速度计算模型,并结合自学习方法实现对冷却速度的高精度控制.利用该控制系统对12MnNiVR进行轧后冷却过程控制,结果表明被控钢板具有较高的冷却速度控制精度.     

冲击加多斜孔双层壁冷却方式冲击换热系数

在相似理论指导下,采用恒热流方法实验研究了冲击加多斜孔双层壁复合冷却方式多斜孔壁冷侧局部冲击换热系数.研究结果表明:换热系数随着冲击雷诺数的增大而增大,基本呈线性关系;多斜孔壁上的倾斜小孔抽吸气流对斜孔周围换热增强有明显的效果.     

双相钢差厚板退火过程的温度场

为了获得性能可控的冷轧双相钢差厚板,需要了解其退火过程中的温度变化规律.采用ABAQUS有限元软件模拟双相钢差厚板在退火过程中不同厚度处的温度分布,结果发现,当差厚板不同区域有相同的冷却速度时,冷却速度越大,厚区与薄区对流换热系数之比越接近差厚比,从2.12变为2.03,且对流换热系数与冷却速度为线性关系;当差厚板不同区域的冷却强度相同时,随着冷速的增加,差厚板薄、厚区温差增大,从124℃升至141℃.随着差厚板斜率的增加,温度影响区长度增加.     

特厚钢板射流淬火过程厚向冷速实验研究

利用特厚钢板射流淬火试验装置,研究了15~35℃水温、1.0~3.0 m/min辊速对特厚钢板厚向冷速的影响,分析钢板在不同温降区间内的厚向温降、温度梯度和冷速影响因素.利用导热微分方程,采用反传热法计算钢板淬火温度场和冷速.结果表明:采用射流冲击淬火方式时,160 mm钢板心部冷速大于1.2℃/s;水温和辊速除影响钢板表面平均传热系数和换热形式外,还通过改变厚向温度梯度分布影响厚向冷速;水温或辊速升高,钢板厚向冷速降低,降低幅度与冷却强度、淬火时间以及钢板内部导热特性有关.     

层流冷却方式对中厚板温度场影响的数值模拟

针对“首钢”中厚板轧后冷却设备的布置特点,在分析中厚板轧后冷却传热特点的基础上,利用有限差分法模拟了轧后不同层流冷却方式对中厚板温度场分布的影响.模拟结果表明:中厚板内外温差随着冷却速度的增加而加大;同等冷却速度下,为了达到相同的终冷温度,不同的层流冷却方式对中厚板厚度方向的冷却速度和温度分布产生重要的影响.为了达到相同的冷却速度,且在不加大中厚板内外温差的情况下,使喷淋冷却水变稀并且间断开启集管的方式是中厚板冷却的最佳方式.     

钢板超快速冷却条件下换热实验研究

采用汽雾射流冷却方式,在射流角为0°~60°时,研究了10 mm厚不锈钢板轧后超快速冷却过程中表面射流流动结构、换热区分布和钢板温降规律,分析了倾斜射流对钢板表面热流密度和冷速的影响.结果表明:射流角通过改变钢板表面滞止区和横向流区面积、水流密度、介质流动形态和流动速度,影响钢板表面换热形式和热流密度分布,进而影响超快速冷却冷速;射流角为30°时钢板平均冷速和临界热流密度均达到最大值,分别为146.5℃/s和2.75 MW/m~2.     

复合冷却涡轮导叶的气热耦合数值模拟

采用气热耦合方法对高压涡轮一级导叶带全气膜冷却、冲击冷却和尾缘劈缝冷却的复合冷却结构进行了数值模拟。分析了带复合冷却结构叶片的三维温度场,主要研究了主流燃气雷诺数、冷气与燃气的流量比和燃气与冷气的温比对叶片温度和冷却效果的影响。结果表明:随着流量比增大,叶片前缘壁面平均温度先增后减,压力面和吸力面温度均减小。叶片壁面各处平均温度随温比增大而降低,受雷诺数影响很小。叶片综合冷却效果随流量比增大而增大,受温比和雷诺数影响很小。     

中厚板轧后冷却的过程控制

中厚板终轧后只能靠前馈模型控制钢板的冷却过程,普通的温度模型计算存在较大误差,针对这一问题,推导了中厚板控制冷却过程的差分模型·结合首钢中板厂控制冷却系统的改造,通过采用两次修正计算和自学习修正计算,从系统上保证了温度控制的精度·提出了热交换系数的计算方法·针对中厚板控制冷却特点,给出了层流冷却过程控制模型的自学习算法·通过采用自学习算法,进一步提高了模型的控制精度·控制冷却系统在首钢顺利投产,系统终冷温度控制合格率在96 5%以上·     

冷却方式对特厚钢板淬火温度均匀性的影响

对特厚钢板采用水槽浸入淬火和超快冷连续淬火两种方式,对比分析持续冷却和间歇冷却对特厚钢板心部、近表面冷速以及厚向温度均匀性的影响规律,阐述特厚钢板淬火特有的心部导热和表面换热特征,建立优化的淬火工艺规程.结果表明,相比于持续连续式淬火,间歇连续式淬火能够在保持特厚钢板心部冷速不降低的前提下,显著减缓钢板表面冷速,提高了厚向温度均匀性.当水冷/空冷时间比为14左右时,优化效果最为明显.     

异常炉况高炉冷却板及炉衬非稳态温度场

以鞍钢新一号3200m3高炉冷却设备采用的冷却板为研究对象,探讨了异常炉况给冷却板寿命带来的危害,建立了异常炉况高炉冷却板及炉衬三维非稳态温度场数学模型,计算了当渣皮脱落、炉内煤气流温度突然升高、边缘气流发展时冷却板的温度变化,以及冷却水流速和渣层厚度对冷却板最高温度及热量损失的影响.     

温度比对叶片内冷通道对流传热影响的数值研究

为了提高涡轮叶片内冷通道流动传热计算精度,首先讨论了大温差下空气物性不同计算方法间的差异,并通过与管内常用传热经验关系式结果的对比,研究了不同定性温度取值方法和湍流模型对数值模拟结果的影响。在此基础上侧重研究了大温差对光滑圆形内冷通道内的流动传热的影响,温度比变化范围0.5～0.9,通道Re数范围20 000～60 000,得到了传热Nu数和温度修正因子随温度比与Re数的变化数据和拟合关系式。结果表明采用截面平均流体温度定义传热系数和采用Realizable k-ε湍流模型可使局部和平均传热系数与Gnielinski公式结果符合良好。大温差对通道传热的影响显著,Nu数最大降幅可达30%。计算显示温度修正因子随温度比的减小而减小,随Re数的增大而减小。