中厚板温度场对流换热系数的确定.pdf

第32卷第6期甘肃治金Vol 32 No 62010年12月GANSU METALLURGYDec,2010文章编号:1672-4461(12010)06-0004-03中厚板温度场对流换热系数的确定李黎明,王道远,党军,梁江民(南京钢铁联合有限公司中厚板卷广技术科,江苏南京210035)摘要:本文系统介绍了南钢中厚板卷厂对于影响对流换热系数因素的研究,并在此基础上采用实验法测定了在层流冷却过程中三个不同阶段的对流换热系数,建立了层流冷却的数学模拟仿真模型,应用后取得到了良好效果。关键词:中厚板;温度场;模拟仿真;对流换热系数中图分类号:TYG335.5文献标识码:Ahe Confirm on the Convective Heat Exchange Coefficientof Wide Thick Plate Temperature FieldLI Li-ming, WANG Dao-yuan, DANG Jun, LLANG Jiang-minNanjing Iron and Steel Combine Ltd. Nanjing 210035, China)Abstract the paper expatiated the research on three if erent phase of laminar cooling, the method and the influencing factors of the convective heat exchange coeficient value through mathematics model simulating the temperature field on Nangng fumace coil factory wide thick plate production lineKey Words wide thick plate temperature field; simulation; the convective heat exchange coefficient1引言(2)特定模型法:对于特殊的工程模型,在合理假设基础上,应用传热学理论对模型进行分析,得出解中厚板冷却过程是很难用精确数学模型描述的析公式,这种方法对特定类型的模型具有较好的效复杂过程,如何优化控制冷却工艺,获得更高控制精果,但是这种方法推导过程复杂,仅局限于所探讨的度和良好冷却均匀性,和在数学模型建立过程中综模型。合换热系数的确定是高品质中厚板生产数学模型研3)试凑法:由于计算机的飞速发展,数值计算能究中的重要课题。力大幅加强,因此,数值模拟方法成为一种有效方本文通过在对南钢中厚板卷厂层流冷却数学建法。当前工程实践中,为确定机被零件内的非等温模时对流换热系数a大小确定来研究对流换热时的场,求解对流换热系数大多采用试凑法,此种方法过各种场合下a的计算关系式或者与其影响因素的相多依赖于计算人员的经验,蝕乏明确的理论指导其关关系。它不仅仅取决于流体的物性(、m、r、前进方向,推进步长,因此计算量极大,计算时间长等)以及换热表面的形状与布置,而且还与流速有消耗机时?。密切的关系。3层流冷却数模中对流换热系数的2对流换热系数的确定方法确定目前对流换热系数的确定方法有以下几种:热传导、热对流和热辐射一般情况下并不是独(1)实验法:利用实验对特定环境下对流换热系立存在的。层流冷却时分为以下三个方面:数进行测定,并总结出对流换热系数的分布规律,但(1)钢板在空气中运行时对流换热系数的确定。是由于实际工程中的环境、测量手段与实验中有一钢板进人冷却区之前,主要是以高温辐射换热为主定差距,因此应用中有一定的局限性。的。进入冷却区后,冷却水冲击到钢板表面后因为野监E-mail:GSLYJL126.COMI5dm5re0931-656第6期李黎明,等:中厚板温度场对流换热系数的确定钢板温度很高并不能滞留很久,而是随着钢板的向000之间时,其自然对流换热系数在9左右变化前运行滚出板面。此时,钢板与空气直接接触,也属不大,所以取其为定值。因此空冷时的综合换热系于高温辐射换热。高温辐射时由于钢板温度很高,数可表示为冷却时的散热主要以辐射散热为主,伴之以与空气0.580+9的自然对流换热,此时辐射换热系数Q,可表示为:(2)层流冷却时的对流换热系数的确定。层流冷却时冷却水冲击钢板属于冲击射流中的非淹没射式中的黑度s取值为0.58,这个值是钢板精轧流。冲击射流是指自由射流对固体壁面或液体表面后的黑度值。根据此式计算得到表1所示的,在的冲击流动。按射流作用的对象性质不同,分为淹不同温度时的取值。没射流和非淹没射流;按射流流体的性质分为层流射流和澔流射流。以非淹没射流流动为例,将冲击表1不同表面温度下辐射换热系数a,(w/m2K)射流流场按其流动特性分为三个区域(见图1)。温度600650700750800850900950100ar42.0347.0552.5858,6465.2572.4580.2488.6797.75对于与空气的自然对流换热,属大空间自然对自射流区流换热,其实验关联式为冲击区Nu=k(Re)m(Pr)n壁射区与物面的相对位置、速度边界层内的流动共态(曲2?式中:系数k和指数m、n与物面的形状、流体G,、P,的值来判断)以及热流方向等有关;P,为空气驻点面的普朗特准数,为G,=sBT2/2为格拉晓夫准则,其中B为=容积膨胀系数(K-1),对于符合理想气图1非淹没冲击射流流动示意图体性质的气体,B=。在自然对流实验关系式中,自由射流区,该区流动特性与自由射流相同+7。)/2,7。是指未受壁面温度影响的远处的空气终、沖击区,该区流动改变方向,有很大的压力梯通常定性温度采用边界层的算术平均温度Tm=(温度,7。为壁面温度。数中的7为和7。之壁面射流区。差。g为重力加速度,9.81m/s2。特征尺寸1采用对于被冷却的钢板表面,则有冲击区冷却和壁板长面射流静水冷却,冷却能力相差较大,对于它的对流根据在表计算,表面温度在300以上时均匀換热系数的处理也各不相同。大多数是以现场数据紊流,所以k取0.14,n取1/3,计算得到的M为努加以反算得到一个平均对流换热系数的经验公式,谢尔特准数,其表达式为:通常这种算法得到的是所有水冷区的平均换热系数,没有考虑导冲击区与滞留水区的对流换热系数的不同,算出的温度只能与表面温度相吻合,不能更由此式可推得对流换热系数为好的反应钢板内部的温度场变化情况。而对不同规a = Anu()桥品种的钢板,由于内部的温度相差较大,从而造成表面温度更加不准确;第二种确定对流换热系数的根据以上几式可以计算出空气温度为25、钢方法就是利用模拟实验测得的换热系数的变化规板表面温度为3001000之间的每个100的律,并将其用于温度场的计算中