第5期 刘国勇等：缝隙冲击射流淬火对流换热的影响因素 641· 由图5(a)可以看出：当射流角度从90°变化到 大.所以在钢板的淬火中，一般取α=45°为宜 20°时，冲击区表面换热系数h分布由对称形状变为 2.4缝隙宽度对换热系数的影响 不对称形状.在上游侧，随着角度的减少，表面换热 当a=60°，H=20mm,V=28m°s1,T,= 系数h减小：这是由于角度的减小，在上游区流体 900℃T=20℃，W=1,2,3,5mm,钢板表面换热 流量减少.在下游侧，当射流角度从90°变化到45° 系数h沿射流下游x变化曲线如图6. 时，表面换热系数h增加，这与文献8得出结果相 由图6(a)可以看出，随着射流缝宽的增加，表 符：当射流角度从45°变化到20°时，表面换热系数h 面换热系数h增大.这是由于缝宽加大后，流量增 减小：在射流角度为45°时，表面换热系数h达到最 大，流体的紊流度增加，使得对流换热加强. 高点.这是由于射流在x及y方向的速度分量相互 从图6(b)可以清楚反映出表面换热系数同缝 作用使射流在45°左右时，其紊流度达到最大.根据 宽关系.W<2mm时，表面换热系数h随缝宽W 许多学者的研究观点，角度变化会改变表面换热系 增加迅速增大：当W>2mm后，表面换热系数h随 数h分布，但其总的换热是相同的，所不同的是 缝宽W增加增大趋势变缓.在实际淬火中，在其他 局部换热 条件相同时，单纯增大水量并不能满足高换热要求 从图5(b)可以看出，在α=45°时，表面换热系 因而在高压缝隙射流淬火中，经济的缝宽选择为 数h在驻点处有极大值，此时水射流换热效率最 W=2mm 120r (a) W/mm 90 (b) x-0.05 m 0 85 100 43 90 75 80 70 0 60 40 55 0 0.02 0.04 0.05 0.080.10 x/m 图6缝宽对表面换热系数的影响 Fig 6 Effect of sbt w idth on surface heat transfer coefficient 25喷嘴出口水温影响 由图7(a)可知，水温越低，过冷度越大，其表面 当a=20°，H=20mm,W=2mm,Tp=900℃， 换热系数越高，即换热得到加强. V=28ms1,T=0,10,20,30,40,50,80℃时，钢 图76)反映了水温对表面换热系数影响近似 板表面换热系数h沿射流下游x变化曲线如 呈线性关系.水温越低，过冷度越大，冷却效率越 图7(a). 高，这同其他学者研究结论是一致的9.实际淬火 105 T/℃ (a) 100 -。-0 b x=0.05m -4-10 82 95 4-20 90 --30 80 ◆-40 4-50 78 -80 76 72 0.02 0.040060.080.10 20 40 60 T/C 图7水温对表面换热系数的影响 Fig.7 Effect of water temperat ure on surace heat transfer coefficient由图 5(a)可以看出 :当射流角度从 90°变化到 20°时,冲击区表面换热系数 h 分布由对称形状变为 不对称形状 .在上游侧 ,随着角度的减少, 表面换热 系数 h 减小 ;这是由于角度的减小, 在上游区流体 流量减少 .在下游侧 ,当射流角度从 90°变化到 45° 时,表面换热系数 h 增加, 这与文献[ 8] 得出结果相 符;当射流角度从 45°变化到 20°时 ,表面换热系数 h 减小;在射流角度为 45°时 ,表面换热系数 h 达到最 高点 .这是由于射流在 x 及y 方向的速度分量相互 作用使射流在 45°左右时, 其紊流度达到最大.根据 许多学者的研究观点, 角度变化会改变表面换热系 数 h 分布 , 但其总的换热是相同的 [ 1] ,所不同的是 局部换热 . 从图 5(b)可以看出, 在 α=45°时 ,表面换热系 数 h 在驻点处有极大值, 此时水射流换热效率最 大 .所以在钢板的淬火中 ,一般取 α=45°为宜 . 2.4 缝隙宽度对换热系数的影响 当 α=60°, H =20 mm , V =28 m·s -1 , Tp = 900 ℃, Tf =20 ℃, W =1 , 2 , 3 , 5 mm ,钢板表面换热 系数 h 沿射流下游 x 变化曲线如图 6 . 由图 6(a)可以看出, 随着射流缝宽的增加, 表 面换热系数 h 增大.这是由于缝宽加大后 ,流量增 大 ,流体的紊流度增加 ,使得对流换热加强 . 从图 6(b)可以清楚反映出表面换热系数同缝 宽关系.W <2 mm 时, 表面换热系数 h 随缝宽 W 增加迅速增大;当 W >2 mm 后 ,表面换热系数 h 随 缝宽 W 增加增大趋势变缓 .在实际淬火中, 在其他 条件相同时 ,单纯增大水量并不能满足高换热要求. 因而在高压缝隙射流淬火中 , 经济的缝宽选择为 W =2 mm . 图 6 缝宽对表面换热系数的影响 Fig.6 Effect of slot w idth on surf ace heat transfer coefficient 2.5 喷嘴出口水温影响 当 α=20°, H =20 mm , W =2mm , Tp =900 ℃, V =28 m·s -1 , Tf =0 , 10 , 20 , 30 , 40 , 50 , 80 ℃时, 钢 板表面换热系数 h 沿射流下游 x 变化曲 线如 图 7(a). 由图 7(a)可知 ,水温越低 ,过冷度越大 ,其表面 换热系数越高,即换热得到加强 . 图 7(b)反映了水温对表面换热系数影响近似 呈线性关系 .水温越低, 过冷度越大, 冷却效率越 高, 这同其他学者研究结论是一致的[ 4] .实际淬火 图 7 水温对表面换热系数的影响 Fig.7 Eff ect of w at er temperature on surf ace heat transfer coefficient 第 5 期 刘国勇等:缝隙冲击射流淬火对流换热的影响因素 · 641 ·