D0L:10.13374M.issn1001-053x.2012.12.008 第34卷第12期 北京科技大学学。报 Vol.34 No.12 2012年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2012 水流量对热轧钢板层流冷却过程对流换热系数的影响 汪贺模蔡庆伍余 伟四 苏岚 北京科技大学高效轧制国家工程研究中心，北京100083 ☒通信作者，E-mail:yuwei(@nercar.usth.edu.cm 摘要提高带钢层流冷却控制模型的精度，关键是建立精确的对流换热系数与冷却工艺之间的关系，采用有限差分法和反 向热传导法，获得了实验条件下钢板表面的对流换热系数及表面温度.研究了不同水流量(0.9~2.1m·h)对换热系数与 表面温度变化规律的影响.在层流冷却过程中，对流换热系数与表面温度呈非线性关系：在距离驻点70m内，水流量对换热 系数随表面温度变化规律没影响：远离驻点70m外，对流换热系数比随远离冲击区驻点距离的增加而减小.采用所确定的 换热系数计算得到的温降曲线与实测曲线吻合较好. 关键词热轧：钢板：层流：冷却；换热系数；反向热传导；有限差分法 分类号TG335.5 Effect of water flow rate on the heat transfer coefficient of a hot steel plate during laminar flow cooling WANG He-mu,CAl Qing-wu,YU Wei,SU Lan National Engineering Research Center of Advanced Rolling,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:yuwei@nercar.ustb.edu.cn ABSTRACT Establishing an accuracy relationship between the convective heat transfer coefficient and cooling process is the key to improve the laminar cooling control model.The convective heat transfer coefficient and corresponding surface temperature were calculated by the finite difference method and the inverse heat conduction method.The effects of cooling water jet flow rate on the heat transfer coefficient and surface temperature was investigated when the cooling water jet flow rate varied from 0.9 to 2.I mh It is found that the convective heat transfer coefficient is a nonlinear function of the surface temperature during laminar flow cooling.Within a distance of 70 mm from the stagnation line,the cooling flow rate has no effect on the heat transfer coefficient and surface temperature. But outside 70 mm,the heat transfer coefficient ratio becomes smaller with increasing distance from the stagnation line.It is also shown that relatively good agreement is obtained between the calculated and measured curves. KEY WORDS hot rolling;steel plates;laminar flow;cooling:heat transfer coefficients;inverse heat conduction:finite difference method 快速冷却技术应用日益普遍，己成为了许多钢 益显著回.但是，在工业生产应用过程中存在诸多 材和有色金属生产中不可缺少的技术手段.变形后 亟需解决的问题，如冷却不均匀、卷取温度控制不准 的快速冷却技术最早应用于钢材热加工中，而后开 确和冷却能力的适应性不强，究其原因是对冷却中 始逐渐在有色金属材料的生产中得到使用，如用于 涉及的众多参数对钢板温度均匀性以及冷却能力的 生产高强度铝合金、钛合金以及铜合金口.通过热影响没有深入的理解。对流换热系数（简称换热系 变形加工和之后的快速冷却，不仅可以改善材料的 数)是表示冷却能力的重要参数，可以说换热系数 室温组织和力学性能，还能有效提高材料的合金利 是体现控制冷却装置性能的重要标志).它也是研 用效率，替代后续热处理工艺，提高材料的焊接性 究热轧材水冷传热特性、计算温度场和设计水冷装 能，降低生产成本，同时减少了资源的消耗，社会效 置的必不可少的参数之一.换热系数与流体的物性 收稿日期：2011-12-14 基金项目：“十一五”“国家科技支撑计划资助项目(2006BAB03A06)第 34 卷 第 12 期 2012 年 12 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 34 No． 12 Dec． 2012 水流量对热轧钢板层流冷却过程对流换热系数的影响 汪贺模 蔡庆伍 余 伟 苏 岚 北京科技大学高效轧制国家工程研究中心，北京 100083 通信作者，E-mail: yuwei@ nercar． ustb． edu． cn 摘 要 提高带钢层流冷却控制模型的精度，关键是建立精确的对流换热系数与冷却工艺之间的关系． 采用有限差分法和反 向热传导法，获得了实验条件下钢板表面的对流换热系数及表面温度． 研究了不同水流量( 0. 9 ～ 2. 1 m3 ·h － 1 ) 对换热系数与 表面温度变化规律的影响． 在层流冷却过程中，对流换热系数与表面温度呈非线性关系; 在距离驻点 70 mm 内，水流量对换热 系数随表面温度变化规律没影响; 远离驻点 70 mm 外，对流换热系数比随远离冲击区驻点距离的增加而减小． 采用所确定的 换热系数计算得到的温降曲线与实测曲线吻合较好． 关键词 热轧; 钢板; 层流; 冷却; 换热系数; 反向热传导; 有限差分法 分类号 TG335. 5 Effect of water flow rate on the heat transfer coefficient of a hot steel plate during laminar flow cooling WANG He-mu，CAI Qing-wu，YU Wei  ，SU Lan National Engineering Research Center of Advanced Rolling，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China Corresponding author，E-mail: yuwei@ nercar． ustb． edu． cn ABSTRACT Establishing an accuracy relationship between the convective heat transfer coefficient and cooling process is the key to improve the laminar cooling control model． The convective heat transfer coefficient and corresponding surface temperature were calculated by the finite difference method and the inverse heat conduction method． The effects of cooling water jet flow rate on the heat transfer coefficient and surface temperature was investigated when the cooling water jet flow rate varied from 0. 9 to 2. 1 m3 ·h － 1 ． It is found that the convective heat transfer coefficient is a nonlinear function of the surface temperature during laminar flow cooling． Within a distance of 70 mm from the stagnation line，the cooling flow rate has no effect on the heat transfer coefficient and surface temperature． But outside 70 mm，the heat transfer coefficient ratio becomes smaller with increasing distance from the stagnation line． It is also shown that relatively good agreement is obtained between the calculated and measured curves． KEY WORDS hot rolling; steel plates; laminar flow; cooling; heat transfer coefficients; inverse heat conduction; finite difference method 收稿日期: 2011--12--14 基金项目: “十一五”国家科技支撑计划资助项目( 2006BAE03A06) 快速冷却技术应用日益普遍，已成为了许多钢 材和有色金属生产中不可缺少的技术手段． 变形后 的快速冷却技术最早应用于钢材热加工中，而后开 始逐渐在有色金属材料的生产中得到使用，如用于 生产高强度铝合金、钛合金以及铜合金［1］． 通过热 变形加工和之后的快速冷却，不仅可以改善材料的 室温组织和力学性能，还能有效提高材料的合金利 用效率，替代后续热处理工艺，提高材料的焊接性 能，降低生产成本，同时减少了资源的消耗，社会效 益显著［2］． 但是，在工业生产应用过程中存在诸多 亟需解决的问题，如冷却不均匀、卷取温度控制不准 确和冷却能力的适应性不强，究其原因是对冷却中 涉及的众多参数对钢板温度均匀性以及冷却能力的 影响没有深入的理解． 对流换热系数( 简称换热系 数) 是表示冷却能力的重要参数，可以说换热系数 是体现控制冷却装置性能的重要标志［3］． 它也是研 究热轧材水冷传热特性、计算温度场和设计水冷装 置的必不可少的参数之一． 换热系数与流体的物性 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2012.12.008