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【6h】

狭缝喷嘴组冲击射流传热性能研究

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摘要

针对带钢在连退炉内冷却气体与带钢换热的实际工况特点，并结合已有文献资料及测试设备，探讨在实验室建立模拟连退炉内喷射气流与带钢换热研究的实验装置及研究方法，以及数值模拟方法的预测模型。
　　 论文用实验和数值模拟的方法研究了狭缝喷嘴冲击射流的传热特性。通过建立模拟连退炉内喷射气流与带钢换热实验装置，并通过比对不同电流测试设备的测量结果，以确定准确合适的电流测试设备。通过油浴加热法，对实验用带钢的黑度进行了校核，使热像仪参数设置更准确，以得到准确的温度测量结果。同时结合传热理论分析，与实验结果进行比较，对实验装置的可靠性进行了验证。
　　 通过实验研究，讨论了带钢板面温度、喷嘴结构、喷气速度、喷嘴伸出长度和冲击距离(H/B)对换热系数的影响规律。实验结果表明，带钢表面温度在不喷气时对传热系数影响很明显，但对喷气时的对流传热系数无影响：喷嘴结构Ⅰ的换热性能要稍好于喷嘴结构Ⅱ；提高喷气速度可以大幅度提升喷嘴组的换热能力；喷嘴伸出长度对换热性能也有一定影响；冲击距离H/B=7～8时是最佳距离。同时还讨论了冲距离(H/B)和雷诺数对强制对流传热系数分布的影响，在高雷诺数和冲击距离较小的情况下，强制对流传热系数在壁流方向会出现二次峰值。为连退炉内喷嘴的结构设计提供了重要的依据。
　　 通过计算流体力学软件FLUENT对狭缝喷嘴组冲击射流传热进行模拟，找到了适合的湍流计算模型RNG k-ε模型。同时进行了各因素对计算结果的敏感性讨论，结果表明，入口速度和出口温度对计算的对流传热系数影响敏感，特别是出口温度的不正确容易造成虚假的传热过程，这在数值模拟中应该避免该种现象的产生。气体的物性参数对数值模拟计算结果有显著的影响，在数值模拟计算中应引起足够的重视。数值模拟结果与实验结果比较相符，说明所建立的传热数学模型是可靠的，可用于狭缝喷嘴组冲击射流传热的数值计算，为该问题的研究提供了有效的手段。

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