D01:10.13374.isml00103x.2009.06.018 第31卷第5期 北京科技大学学报 Vol.31 No.5 2009年5月 Journal of University of Science and Technology Beijing May 2009 缝隙冲击射流淬火对流换热的影响因素 刘国勇朱冬梅张少军李谋渭 北京科技大学机械工程学院，北京100083 摘要采用有限元方法对非淹没缝隙射流冲击区单相对流换热进行数值模拟.结合辊式淬火冷却的特点。分析了缝隙射流 冲击区对流换热的影响因素如射流速度、射流出口距冲击板的距离（高度）、喷嘴宽度、射流出口速度方向与冲击板之间的夹 角、水温等.结果表明：在淬火100mm厚钢板时，经济实用的工艺参数为射流速度40~45m°s',射流出口距冲击板的距离 (高度)20mm.喷嘴宽度2mm.射流出口速度方向与冲击板之间夹角45，水温10~35℃. 关键词缝隙；冲击射流：对流换热：淬火：数值模拟 分类号TG155.3 Influencing factors on convective heat transfer of impinging slot jet for quenching LIU Guo-yong.ZHU Dong-mei.ZHANG Shao ju,LI Mou-wei Mechanical Engineeing Schook University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083 China ABSTRACT Numerical simulation was performed to study single-phase convective heat transfer at the impinging zone of non-im- mersed slot jet by a finite element method (FEM).In combination with the characteristic of rolled quenching machines some influ- encing factors on heat transfer such as jet velocity,nozzle-torimpinging plate spacing (height).slot width,jet direction torplate an- gle and the temperature of water (liquid)from the slot nozzle were analyzed and designed.The results show that.for quenching plates of 100mm in thickness the economie process parameters of slot jet are set as follow s jet velocity 40 to 45m's,nozzle-to- impinging plate spacing height)about 20mm,slot width about 2mm.jet directionr torplate angle about 45,and the temperature of water liquid)10 to 35 C. KEY WORDS slot:impinging jet:convective heat transfer;quenching:numerical simulation 由于冲击射流在冲击区具有较高的换热特性， 流冲击区对流换热的工艺参数如射流速度，射流出 被广泛应用在纺织品、造纸和木材等的干燥、电子芯 口距冲击板的距离（高度）、喷嘴宽度，射流出口速度 片的冷却、玻璃的钢化、控冷及淬火中钢板的冷却 方向与冲击板之间的夹角、水温等进行了分析及设 等.在这些应用中，采用圆柱射流形式较多，研究也 计，这无论在理论上还是在实践上对淬火机设计都 较为系统和深入一，而对缝隙射流的研究大多数 具有重大的意义. 局限在气体方面3，对缝隙液体射流换热的研 1模型建立 究限于影响换热的部分因素或只是定性分析各 因素对换热的影响0.由于在钢板淬火中，缝隙射 模型与数值方法见文献10]·缝隙射流的几何 流具有高换热特性而被广泛采用，尤其在厚板淬火 参数（图I)主要有喷嘴宽度W、射流高度H(喷嘴 中应用很广.国内外相关研究由于商业利益的考 距钢板的高度)及射流与钢板的夹角α.在实际应 虑，并没有公开发表针对辊式淬火缝隙冷却相关工 用中，缝隙射流沿冲击板的宽度方向分布是近似相 艺参数.因此，结合辊式淬火冷却的特点，对缝隙射 同的，故采用二维模型来模拟. 收稿日期：200806-17 基金项目：国家自然科学基金资助项目(No.50775058) 作者简介：刘国勇(1969-)，男.讲师，博士，E-mail恐-1u666@1位.cm缝隙冲击射流淬火对流换热的影响因素 刘国勇 朱冬梅 张少军 李谋渭 北京科技大学机械工程学院, 北京 100083 摘 要 采用有限元方法对非淹没缝隙射流冲击区单相对流换热进行数值模拟.结合辊式淬火冷却的特点, 分析了缝隙射流 冲击区对流换热的影响因素如射流速度、射流出口距冲击板的距离(高度)、喷嘴宽度、射流出口速度方向与冲击板之间的夹 角、水温等.结果表明:在淬火 100 mm 厚钢板时, 经济实用的工艺参数为射流速度 40 ～ 45 m·s -1 , 射流出口距冲击板的距离 (高度)20 mm , 喷嘴宽度 2 mm , 射流出口速度方向与冲击板之间夹角 45°, 水温 10 ～ 35 ℃. 关键词 缝隙;冲击射流;对流换热;淬火;数值模拟 分类号 TG155.3 Influencing factors on convective heat transfer of impinging slot jet for quenching LIU Guo-yong , ZHU Dong-mei , ZHANG Shao-jun , LI Mou-wei Mechanical Engineering School, University of Science and Technology Beijing , Beijing 100083 , China ABSTRACT Numerical simulation was performed to study single-phase convective heat transfer at the impinging zo ne of non-im￾mersed slot jet by a finite element method (FEM).In combination with the characteristic of rolled quenching machines, some influ￾encing factors on hea t tr ansfer such as jet velocity , nozzle-to-impinging plate spacing (height), slot width , jet direction-to-plate an￾gle , and the temperature of water (liquid)from the slot nozzle were analyzed and designed .The results show that , for quenching plates of 100mm in thickness, the economic process parameters of slo t jet are set as follow s:jet velocity 40 to 45 m·s -1 , nozzle-to￾impinging plate spacing (height)about 20mm , slot width about 2 mm , jet direction-to-plate ang le about 45°, and the temperature of w ater(liquid)10 to 35 ℃. KEY WORDS slot ;impinging jet ;convective heat transfer ;quenching;numerical simulation 收稿日期:2008-06-17 基金项目:国家自然科学基金资助项目(No .50775058) 作者简介:刘国勇(1969—), 男, 讲师, 博士, E-mail:gy -liu666@163.com 由于冲击射流在冲击区具有较高的换热特性 , 被广泛应用在纺织品 、造纸和木材等的干燥、电子芯 片的冷却、玻璃的钢化 、控冷及淬火中钢板的冷却 等.在这些应用中 ,采用圆柱射流形式较多 ,研究也 较为系统和深入[ 1-4] , 而对缝隙射流的研究大多数 局限在气体方面[ 5] , 对 缝隙液体射流换热 的研 究 [ 6-9] 限于影响换热的部分因素或只是定性分析各 因素对换热的影响[ 10] .由于在钢板淬火中, 缝隙射 流具有高换热特性而被广泛采用 ,尤其在厚板淬火 中应用很广 .国内外相关研究由于商业利益的考 虑,并没有公开发表针对辊式淬火缝隙冷却相关工 艺参数 .因此 ,结合辊式淬火冷却的特点, 对缝隙射 流冲击区对流换热的工艺参数如射流速度 、射流出 口距冲击板的距离(高度)、喷嘴宽度 、射流出口速度 方向与冲击板之间的夹角 、水温等进行了分析及设 计 ,这无论在理论上还是在实践上对淬火机设计都 具有重大的意义. 1 模型建立 模型与数值方法见文献[ 10] .缝隙射流的几何 参数(图 1)主要有喷嘴宽度 W 、射流高度 H(喷嘴 距钢板的高度)及射流与钢板的夹角 α.在实际应 用中 ,缝隙射流沿冲击板的宽度方向分布是近似相 同的,故采用二维模型来模拟. 第 31 卷 第 5 期 2009 年 5 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol .31 No.5 May 2009 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2009.05.018