第12期 汪贺模等：水流量对热轧钢板层流冷却过程对流换热系数的影响 ·1423· 中钢板各实测点的温降曲线。采用反向热传导法， h(T）=14379.98-99.74823T+0.397T-0.84× 根据图2实测数据绘出的层流冷却过程中高温钢板 10 +89.904× T 的温降曲线，并结合建立的冷却过程的导热微分方 100 -3.8146× ) 程(1)，得到了水流量为2.1m3·h-时，距离冲击区 (4) 驻点不同位置的换热系数随表面温度变化曲线，如 根据所确定的换热系数对钢板进行数值模拟计 图3所示 算得到了驻点处钢板表面温度随时间变化曲线，如 图4所示.从图4中可以看出，采用所确定的换热 800 一d-0mm --d=70mm 系数计算得到的温降曲线与实测的曲线吻合较好， --d=210nmm 600 具有较高的精度 800 一实测值 700- 一算值 200 600 500 20 406080100120140 400 时间/s 300 图2各测温点的实测温降曲线 200 Fig.2 Measured cooling curves of various locations 1006102030405060708090 时间s 20000 图4驻点处温度计算值及实测值 17500 --d-0mm Fig.4 Measured and calculated temperatures at the stagnation point -。-d=70mm L-2 15000 -4-d=210mm 12500 3.2对流换热系数比与表面温度关系 10000 为了研究高温钢板冷却过程中水冷区内的对流 7500 换热系数分布，本文引用对流换热系数比的概念 5000 对流换热系数比是指层流冷却过程中水冷区域内远 2500 6335 离冲击区驻点不同位移处的对流换热系数与驻点处 0100200300400500600700800 的换热系数之比值.对流换热系数比用H。表示： 表面温度℃ (5) 图3对流换热系数与表面温度之间的关系 Fig.3 Relationship between the heat transfer coefficient and the sur- 式中，h,为冲击区驻点处对流换热系数，h为距离 face temperature 驻点d位置处的对流换热系数. 冷却水冲击钢板时表面温度为780℃左右.从 图5为水流量为2.1m3.h1时，对流换热系数 图3中可以看出层流冷却过程中，冲击区驻点处钢 比H与表面温度的关系.在距离驻点70mm位置 板表面温度从780降至300℃时，对流换热系数值 处，换热系数比H0随表面温度变化较小，H为 从一个较小的值逐渐增大至4000W·m-2.℃-1.表 0.80~0.92.在距离驻点210mm位置处，换热系数 面温度低于300℃时，随着表面温度的下降，对流换 比H21。随表面温度(700~300℃)下降而增加，H2o 热系数值急剧的增加.这一结果与韦光等回关于水 为0.48~0.86.这说明冷却位置对换热系数影响随 幕冷却高温钢板对流换热系数的研究结果基本一 表面温度下降而减小.对流换热系数比H,随d增 致.Leocadio等的也得出类似的结论.在距离驻点 大而减小.这表明d越大，冷却位置对换热系数影 70、210mm处，对流换热系数随表面温度的变化规 响越大 律与驻点处的规律基本相同，其值不同.随着距离 3.3水流量的影响 冲击区驻点的位移增加，对流换热系数随表面温度 图6为不同水流量下，层流冷却过程中冲击驻 变化曲线下移.这说明层流冷却过程中，对流换热 点处的实测温降曲线.从图6中可以看出，水流量 系数不仅与表面温度有关，而且与冷却位置有关. 为0.9~2.1m3·h-1时，温降曲线变化趋向基本一 根据实验数据可得出冲击区驻点处的换热系数 致，这说明水流量对冲击驻点处的传热规律没影响. h(T)与表面温度T(<750℃)的关系，即 基于上述反向传导法，得到了距离冲击区驻点第 12 期 汪贺模等: 水流量对热轧钢板层流冷却过程对流换热系数的影响 中钢板各实测点的温降曲线． 采用反向热传导法， 根据图 2 实测数据绘出的层流冷却过程中高温钢板 的温降曲线，并结合建立的冷却过程的导热微分方 程( 1) ，得到了水流量为 2. 1 m3 ·h － 1 时，距离冲击区 驻点不同位置的换热系数随表面温度变化曲线，如 图 3 所示． 图 2 各测温点的实测温降曲线 Fig． 2 Measured cooling curves of various locations 图 3 对流换热系数与表面温度之间的关系 Fig． 3 Relationship between the heat transfer coefficient and the sur￾face temperature 冷却水冲击钢板时表面温度为 780 ℃ 左右． 从 图 3 中可以看出层流冷却过程中，冲击区驻点处钢 板表面温度从 780 降至 300 ℃ 时，对流换热系数值 从一个较小的值逐渐增大至 4 000 W·m － 2 ·℃ － 1 ． 表 面温度低于 300 ℃时，随着表面温度的下降，对流换 热系数值急剧的增加． 这一结果与韦光等［3］关于水 幕冷却高温钢板对流换热系数的研究结果基本一 致． Leocadio 等［15］也得出类似的结论． 在距离驻点 70、210 mm 处，对流换热系数随表面温度的变化规 律与驻点处的规律基本相同，其值不同． 随着距离 冲击区驻点的位移增加，对流换热系数随表面温度 变化曲线下移． 这说明层流冷却过程中，对流换热 系数不仅与表面温度有关，而且与冷却位置有关． 根据实验数据可得出冲击区驻点处的换热系数 h( T) 与表面温度 T( ＜ 750 ℃ ) 的关系，即 h( T) = 14 379. 98 － 99. 748 23T + 0. 397T2 ( － 0. 84 × T ) 10 3 + 89 ( . 904 × T ) 100 4 － 3 ( . 814 6 × T ) 100 5 ． ( 4) 根据所确定的换热系数对钢板进行数值模拟计 算得到了驻点处钢板表面温度随时间变化曲线，如 图 4 所示． 从图 4 中可以看出，采用所确定的换热 系数计算得到的温降曲线与实测的曲线吻合较好， 具有较高的精度． 图 4 驻点处温度计算值及实测值 Fig． 4 Measured and calculated temperatures at the stagnation point 3. 2 对流换热系数比与表面温度关系 为了研究高温钢板冷却过程中水冷区内的对流 换热系数分布，本文引用对流换热系数比的概念． 对流换热系数比是指层流冷却过程中水冷区域内远 离冲击区驻点不同位移处的对流换热系数与驻点处 的换热系数之比值． 对流换热系数比用 Hd 表示: Hd = hd h0 ． ( 5) 式中，h0 为冲击区驻点处对流换热系数，hd 为距离 驻点 d 位置处的对流换热系数． 图 5 为水流量为 2. 1 m3 ·h － 1 时，对流换热系数 比 Hd 与表面温度的关系． 在距离驻点 70 mm 位置 处，换 热 系 数 比 H70 随表面温度变化较小，H70 为 0. 80 ～ 0. 92． 在距离驻点 210 mm 位置处，换热系数 比 H210随表面温度( 700 ～ 300 ℃ ) 下降而增加，H210 为 0. 48 ～ 0. 86． 这说明冷却位置对换热系数影响随 表面温度下降而减小． 对流换热系数比 Hd 随 d 增 大而减小． 这表明 d 越大，冷却位置对换热系数影 响越大． 3. 3 水流量的影响 图 6 为不同水流量下，层流冷却过程中冲击驻 点处的实测温降曲线． 从图 6 中可以看出，水流量 为 0. 9 ～ 2. 1 m3 ·h － 1 时，温降曲线变化趋向基本一 致，这说明水流量对冲击驻点处的传热规律没影响． 基于上述反向传导法，得到了距离冲击区驻点 ·1423·