第5期 刘国勇等：缝隙冲击射流淬火对流换热的影响因素 ·639。 图1缝隙射流冲击模型及计算区域 Fig.I Impinging m odel of sbt jet and its com puting zone 11边界条件 图2缝隙射流有限元网格（上喷） Fig 2 Firite clement grid of slot jet (upper jet) (1)喷嘴出口平面(AB).沿该平面，所有的流 体及流体变量己知，其中速度V为均匀的 行计算. (2)钢板(DEFGD).钢板表面为无滑移壁面， 1.3计算参数范围 各速度分量均为零. 考虑到工程应用实际情况数值模拟的边界条 (3)卷吸☒山边界(AH及BC).沿该边界，流 件与初始条件涵盖了实际钢板淬火应用范围，具体 体以一种未知的速度进入求解区域.为确定这一速 范围如下：喷嘴高度H=20~50mm:射流速度V= 度可先给定最外一列节点的压力（等于外界大气 14~52m·s1:射流角度a=20°~90：缝隙宽度 压)，并且假设初始状态紧靠边界点的压力节点网格 W=1~5mm;钢板温度Tp=100~100℃：射流出 的速度分量为零 口温度T=0~80℃表面换热系数h均为局部对 (4)流体出口平面(CD及HG).出口边界施加 流换热系数. 相对法向压力梯度为零 2数值模拟结果与分析 12有限元模型的建立 计算采用非均匀映射网格，在缝宽区域内网格 2.1高度对换热系数的影响 为025mm,在卷吸区网格为1mm,在流体与钢板 当a=20,V=28m·s,W=2mm,Tp= 接触平面处，由于温度梯度较大，采用非均匀网格， 900℃T=20℃H=20,30,40,50mm时，钢板表 与流体接触区域网格加密（如图2）.由于在工程应 面换热系数h沿射流下游x变化曲线如图3(a). 用中，更求计算整个射流在平板上的平均换热，所以 为了更直观地反映射流各几何参数及初始参数对换 壁面计算区域选择较大，离几何中心点两侧都是 热系数的影响，取下游x=0.O5m处表面换热系数 0.2m. 来显示其与各参数之间关系（下同）.图3(b)为不同 现有商业软件如ANSYS、FLUENT、 射流高度在下游x=005m处与表面换热系数之 PHOENICS及CFX等都有标准心一e模型1？，本文 间关系 采用ANSYS公司的CFD软件包标准一e模型进 80 (b) 95 Himm -0-20 78 -。-30 x-=0.05m -4-40 -￥-50 76 80 74 75 72 70 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 20 35 c/m H/mm 图3高度对表面换热系数的影响 Fig 3 Effect of height on surface heat transfer coefficient图 1 缝隙射流冲击模型及计算区域 Fig.1 Impinging m odel of slot jet and its com puting zone 1.1 边界条件 (1)喷嘴出口平面(AB).沿该平面 ,所有的流 体及流体变量已知, 其中速度 V 为均匀的. (2)钢板(DEFGD).钢板表面为无滑移壁面 , 各速度分量均为零. (3)卷吸区[ 11] 边界(AH 及BC).沿该边界, 流 体以一种未知的速度进入求解区域.为确定这一速 度可先给定最外一列节点的压力(等于外界大气 压), 并且假设初始状态紧靠边界点的压力节点网格 的速度分量为零 . (4)流体出口平面(CD 及HG).出口边界施加 相对法向压力梯度为零. 1.2 有限元模型的建立 计算采用非均匀映射网格 ,在缝宽区域内网格 为 0.25 mm ,在卷吸区网格为 1 mm , 在流体与钢板 接触平面处 ,由于温度梯度较大, 采用非均匀网格 , 与流体接触区域网格加密(如图 2).由于在工程应 用中 ,更求计算整个射流在平板上的平均换热 ,所以 壁面计算区域选择较大, 离几何中心点两侧都是 0.2 m . 现 有 商 业 软 件 如 ANSYS 、 FLUENT 、 PHOENICS及 CFX 等都有标准 κ-ε模型[ 12] , 本文 采用ANSYS 公司的CFD 软件包标准 κ-ε模型进 图2 缝隙射流有限元网格(上喷) Fig.2 Finite element grid of slot jet (upper jet) 行计算 . 1.3 计算参数范围 考虑到工程应用实际情况, 数值模拟的边界条 件与初始条件涵盖了实际钢板淬火应用范围 ,具体 范围如下:喷嘴高度 H =20 ～ 50 mm ;射流速度 V = 14 ～ 52 m·s -1 ;射流角度 α=20°～ 90°;缝隙宽度 W =1 ～ 5 mm ;钢板温度 Tp =100 ～ 1 00 ℃;射流出 口温度 Tf =0 ～ 80 ℃;表面换热系数 h 均为局部对 流换热系数 . 2 数值模拟结果与分析 2.1 高度对换热系数的影响 当 α=20°, V =28 m·s -1 , W =2 mm , Tp = 900 ℃, Tf =20 ℃, H =20 , 30 , 40 , 50 mm 时, 钢板表 面换热系数 h 沿射流下游 x 变化曲线如图 3(a). 为了更直观地反映射流各几何参数及初始参数对换 热系数的影响 ,取下游 x =0.05 m 处表面换热系数 来显示其与各参数之间关系(下同).图3(b)为不同 射流高度在下游 x =0.05 m 处与表面换热系数之 间关系 . 图 3 高度对表面换热系数的影响 Fig.3 Effect of height on surface heat transfer coefficien t 第 5 期 刘国勇等:缝隙冲击射流淬火对流换热的影响因素 · 639 ·