气雾射流对周期性换热的影响与研究
发布时间：2021-09-05 22:08
在连铸工艺生产中,连铸二次冷却是整个工艺中十分重要、可控性较强的环节,在这个过程中,结晶器内的钢液形成坯壳后经过二次冷却区,由雾化喷嘴向带液芯的热铸坯表面喷射雾化水滴,铸坯表面温度迅速降低,与铸坯液芯之间形成了较大的温度梯度,热量迅速从铸坯中心向铸坯表面传导,使得铸坯能够在较短的时间内迅速凝固,提高了生产效率。随着社会生产生活水平的提高,对钢材的质量要求也愈发严苛,而形成坯壳的钢液在二冷区需要释放整体60%的热量,二次冷却区冷却效果的好坏直接关系到铸坯质量的优良,控制二次冷却效果的关键在于控制雾化喷嘴工作参数,以及控制热铸坯的拉速。因此清晰的认识气雾射流以及铸坯拉速对铸坯的影响尤为重要。本文基于气雾喷嘴射流特性,详细分析了喷嘴气水压力对周期性换热的影响规律以及通过改变缸体转速模拟铸坯不同拉速下的换热过程,分析周期性换热特性。并通过液滴粒径识别数字成像法,对实验条件下流场雾滴索太尔平均粒径（Sauter mean diameter-SMD）变化进行测量和计算,分析了平均粒径与气水压力之间的关系。研究结果表明:通过气雾喷嘴对高温旋转空心圆筒进行喷雾冷却过程中,圆筒壁面依次经历了膜态沸腾、过...
【文章来源】：内蒙古科技大学内蒙古自治区
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
连铸工艺流程
内蒙古科技大学硕士学位论文-3-凝固过程中的温度场变化、液芯和凝固坯壳的相对位置等参量，为连铸生产过程中的二冷区的控制和连铸工艺的调试提供理论支持。李慧春等人[9]模拟了铸坯表面温度以及对不同操作条件下铸坯表面温度的变化情况进行分析，结果显示在铸坯凝固传热的生产过程中，铸坯的拉速和二次冷却过程中的冷却强度是影响铸坯凝固速度大小和铸坯质量优劣的关键因素，相对于前者，过热度对于铸坯表面温度大小和凝固过程的影响要小很多。者江[10]等人通过设备直接获得了壁面的温度，并使用水喷嘴对高温壁面进行冷却，对其传热过程进行详细的实验研究。针对喷嘴射流出口速度、冷却水的过冷度、喷嘴至加热面的距离、初始壁温等参数对高温表面传热过程的影响展开研究。程常桂等人[11]以宽板坯连铸生产的实际工况为依据条件,获得了不同条件下的冷却特性曲线,详细分析了不同喷嘴布置对实际宽板坯生产的影响特征。通过对结果分析后发现，冷却水量增大喷嘴的水流密度也随之增大,同时水流覆盖区域随之变宽；但喷嘴冷却水量不宜过大；双喷嘴冷却过程中，在水重叠区域内的冷却叠加效应受左边喷嘴冷却水量影响呈正相关关系，两喷嘴间距的逐步增大，这种叠加效应随之逐渐减弱；当喷嘴间距设定为450mm时，铸坯表面的水流密度分布效果相对更优。1.2.2连铸二冷国外研究P.Kotrbacek等人[12]介绍了一种全尺寸喷雾配置的实验技术，如图1.2所示，它通过使用与工厂相同配置的喷嘴冷却，通过热电偶测得近壁面温度，通过逆运算来换算冷却强度，在实验室的条件下对滚动冷却完成了很好的描述。图1.2全尺寸喷雾结构
学硕士学位论文-5-击不同温度下的高温表面时的不同的水流动行为和沸腾声，研究发现，由于表面的过热，会出现不同的流动模式，记录的声强随时间和流型的变化呈不规则变化。近距离观察照片图像可以发现，在整个沸腾线区域的所有角度方向上，流动模式并不相似，在上游方向观察到片状流动模式，这是上游区表面温度较低的证据；在圆柱体轴向（h=90和270）附近区域发现了爆炸流型，这是表面温度较高的证据。在下游方向，似乎存在一种平缓的流动模式，在特定的时间内，不同角度流型的不均匀性在其他实验条件下是一致的。图1.3湿润锋变化JaffarHammad[24]研究了常压水射流冷却高温圆柱块体时的传热和润湿前缘特性。通过采用二维反问题求解，获得了表面温度场和热流密度变化情况。利用高速摄像机，观察了湿锋和过渡沸腾区在受热块表面上的运动，获得了到了表面温度、最大热流发生的位置和时间。研究发现，最大热流通量既不存在于湿润锋，也不存在于过渡沸腾区，而存在于充分湿润区。Owen和Pull[25]给出了冲击不锈钢和镍合金属表面的瞬态膜沸腾模型。在他们的研究中，认为当表面温度降至莱登佛罗斯特温度时，表面的润湿就会发生。Piggott[26]等人用过冷水射流对热杆冷却过程中的润湿延迟进行了实验研究，当水射入热表面时，在开始润湿之前会出现明显的延迟。延迟时间是水过冷的一个强函数，它也是射流速度、产热率、表面温度、射流冲击角和导热系数的强函数。热杆的表面光洁度和尺寸大小对延迟时间的影响相对不明显。DHWolf[27]等人通过分析得出在充分发展的沸腾状态下，传热主要是由气泡离开表面引起的蒸发和剧烈混合所主导，传热对射流速度不敏感。HERNA′NDEZ等人[28]指出，当误差雾滴尺寸较大时，比表面积小，会部分蒸发而产生较多液体，传?
【参考文献】：
期刊论文
[1]超强气雾冷却系统在酒钢中厚板生产线中的应用[J]. 王立刚. 甘肃冶金. 2020(02)
[2]喷雾重叠率对带钢冷却效果的影响[J]. 王炯,邹光明,王兴东,汪朝晖,孔建益. 武汉科技大学学报. 2019(03)
[3]薄带铸轧气雾冷却装置水气压配比研究[J]. 周西康,李晓杰,刘国勇,王彬,宋则进,张薇. 冶金设备. 2019(01)
[4]基于正交试验铸轧带钢气雾冷却温度场分析[J]. 霍昌军,周西康,刘国勇,李晓杰,朱冬梅. 冶金设备. 2018(04)
[5]气雾射流冷却热圆筒的传热研究[J]. 魏万洪,赵增武,张亚竹,韩毅,高泽楠. 铸造技术. 2018(01)
[6]竖直运动高温带钢冷却特性研究[J]. 杨尔直,邹光明,王兴东,孔建益. 计算机仿真. 2018(01)
[7]喷雾冷却液滴换热特性研究[J]. 邹光明,邓如应,熊建敏,王兴东. 机械设计与制造. 2017(09)
[8]连铸二冷气雾射流速度场LDV测试研究[J]. 史航,赵增武,张亚竹,魏万洪,杨文策. 铸造技术. 2017(04)
[9]中厚板坯连铸机二冷喷嘴冷却特性的研究[J]. 程锁平,张乔英. 安徽冶金. 2017(01)
[10]气雾射流动态传热实验研究[J]. 胡强,赵增武,张亚竹,李云强,刘浩鹏,史航,魏万洪,杨文策. 内蒙古科技大学学报. 2014(03)
博士论文
[1]喷雾冷却传热特性、传热强化及温度不均匀性研究[D]. 韩丰云.中国科学技术大学 2011
硕士论文
[1]连铸板坯角裂缺陷成因及其控制措施研究[D]. 党昕伟.内蒙古科技大学 2019
[2]连铸坯传热系数与热物性的实验研究及凝固过程模拟分析[D]. 苏新勇.燕山大学 2017
[3]连铸二冷气雾冷却静态传热实验研究[D]. 赵立峰.内蒙古科技大学 2013
[4]基于蚁群算法的寻源导热反问题研究[D]. 黄少君.上海理工大学 2012
[5]连铸坯凝固传热过程的数值模拟[D]. 李慧春.兰州理工大学 2008
[6]钢件喷水淬火冷却过程的有限元建模及温度场预测[D]. 李康.太原理工大学 2006
[7]连铸板坯凝固传热数学模型的研究与应用[D]. 胡燕.重庆大学 2005
[8]神经网络和遗传算法在导热反问题中的应用[D]. 智会强.河北工业大学 2004
本文编号：3386174
【文章来源】：内蒙古科技大学内蒙古自治区
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
连铸工艺流程
内蒙古科技大学硕士学位论文-3-凝固过程中的温度场变化、液芯和凝固坯壳的相对位置等参量，为连铸生产过程中的二冷区的控制和连铸工艺的调试提供理论支持。李慧春等人[9]模拟了铸坯表面温度以及对不同操作条件下铸坯表面温度的变化情况进行分析，结果显示在铸坯凝固传热的生产过程中，铸坯的拉速和二次冷却过程中的冷却强度是影响铸坯凝固速度大小和铸坯质量优劣的关键因素，相对于前者，过热度对于铸坯表面温度大小和凝固过程的影响要小很多。者江[10]等人通过设备直接获得了壁面的温度，并使用水喷嘴对高温壁面进行冷却，对其传热过程进行详细的实验研究。针对喷嘴射流出口速度、冷却水的过冷度、喷嘴至加热面的距离、初始壁温等参数对高温表面传热过程的影响展开研究。程常桂等人[11]以宽板坯连铸生产的实际工况为依据条件,获得了不同条件下的冷却特性曲线,详细分析了不同喷嘴布置对实际宽板坯生产的影响特征。通过对结果分析后发现，冷却水量增大喷嘴的水流密度也随之增大,同时水流覆盖区域随之变宽；但喷嘴冷却水量不宜过大；双喷嘴冷却过程中，在水重叠区域内的冷却叠加效应受左边喷嘴冷却水量影响呈正相关关系，两喷嘴间距的逐步增大，这种叠加效应随之逐渐减弱；当喷嘴间距设定为450mm时，铸坯表面的水流密度分布效果相对更优。1.2.2连铸二冷国外研究P.Kotrbacek等人[12]介绍了一种全尺寸喷雾配置的实验技术，如图1.2所示，它通过使用与工厂相同配置的喷嘴冷却，通过热电偶测得近壁面温度，通过逆运算来换算冷却强度，在实验室的条件下对滚动冷却完成了很好的描述。图1.2全尺寸喷雾结构
学硕士学位论文-5-击不同温度下的高温表面时的不同的水流动行为和沸腾声，研究发现，由于表面的过热，会出现不同的流动模式，记录的声强随时间和流型的变化呈不规则变化。近距离观察照片图像可以发现，在整个沸腾线区域的所有角度方向上，流动模式并不相似，在上游方向观察到片状流动模式，这是上游区表面温度较低的证据；在圆柱体轴向（h=90和270）附近区域发现了爆炸流型，这是表面温度较高的证据。在下游方向，似乎存在一种平缓的流动模式，在特定的时间内，不同角度流型的不均匀性在其他实验条件下是一致的。图1.3湿润锋变化JaffarHammad[24]研究了常压水射流冷却高温圆柱块体时的传热和润湿前缘特性。通过采用二维反问题求解，获得了表面温度场和热流密度变化情况。利用高速摄像机，观察了湿锋和过渡沸腾区在受热块表面上的运动，获得了到了表面温度、最大热流发生的位置和时间。研究发现，最大热流通量既不存在于湿润锋，也不存在于过渡沸腾区，而存在于充分湿润区。Owen和Pull[25]给出了冲击不锈钢和镍合金属表面的瞬态膜沸腾模型。在他们的研究中，认为当表面温度降至莱登佛罗斯特温度时，表面的润湿就会发生。Piggott[26]等人用过冷水射流对热杆冷却过程中的润湿延迟进行了实验研究，当水射入热表面时，在开始润湿之前会出现明显的延迟。延迟时间是水过冷的一个强函数，它也是射流速度、产热率、表面温度、射流冲击角和导热系数的强函数。热杆的表面光洁度和尺寸大小对延迟时间的影响相对不明显。DHWolf[27]等人通过分析得出在充分发展的沸腾状态下，传热主要是由气泡离开表面引起的蒸发和剧烈混合所主导，传热对射流速度不敏感。HERNA′NDEZ等人[28]指出，当误差雾滴尺寸较大时，比表面积小，会部分蒸发而产生较多液体，传?
【参考文献】：
期刊论文
[1]超强气雾冷却系统在酒钢中厚板生产线中的应用[J]. 王立刚. 甘肃冶金. 2020(02)
[2]喷雾重叠率对带钢冷却效果的影响[J]. 王炯,邹光明,王兴东,汪朝晖,孔建益. 武汉科技大学学报. 2019(03)
[3]薄带铸轧气雾冷却装置水气压配比研究[J]. 周西康,李晓杰,刘国勇,王彬,宋则进,张薇. 冶金设备. 2019(01)
[4]基于正交试验铸轧带钢气雾冷却温度场分析[J]. 霍昌军,周西康,刘国勇,李晓杰,朱冬梅. 冶金设备. 2018(04)
[5]气雾射流冷却热圆筒的传热研究[J]. 魏万洪,赵增武,张亚竹,韩毅,高泽楠. 铸造技术. 2018(01)
[6]竖直运动高温带钢冷却特性研究[J]. 杨尔直,邹光明,王兴东,孔建益. 计算机仿真. 2018(01)
[7]喷雾冷却液滴换热特性研究[J]. 邹光明,邓如应,熊建敏,王兴东. 机械设计与制造. 2017(09)
[8]连铸二冷气雾射流速度场LDV测试研究[J]. 史航,赵增武,张亚竹,魏万洪,杨文策. 铸造技术. 2017(04)
[9]中厚板坯连铸机二冷喷嘴冷却特性的研究[J]. 程锁平,张乔英. 安徽冶金. 2017(01)
[10]气雾射流动态传热实验研究[J]. 胡强,赵增武,张亚竹,李云强,刘浩鹏,史航,魏万洪,杨文策. 内蒙古科技大学学报. 2014(03)
博士论文
[1]喷雾冷却传热特性、传热强化及温度不均匀性研究[D]. 韩丰云.中国科学技术大学 2011
硕士论文
[1]连铸板坯角裂缺陷成因及其控制措施研究[D]. 党昕伟.内蒙古科技大学 2019
[2]连铸坯传热系数与热物性的实验研究及凝固过程模拟分析[D]. 苏新勇.燕山大学 2017
[3]连铸二冷气雾冷却静态传热实验研究[D]. 赵立峰.内蒙古科技大学 2013
[4]基于蚁群算法的寻源导热反问题研究[D]. 黄少君.上海理工大学 2012
[5]连铸坯凝固传热过程的数值模拟[D]. 李慧春.兰州理工大学 2008
[6]钢件喷水淬火冷却过程的有限元建模及温度场预测[D]. 李康.太原理工大学 2006
[7]连铸板坯凝固传热数学模型的研究与应用[D]. 胡燕.重庆大学 2005
[8]神经网络和遗传算法在导热反问题中的应用[D]. 智会强.河北工业大学 2004
本文编号：3386174
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