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.68 北京科技大学学报 第29卷 1.2初始条件与边界条件 2模拟结果分析 喷嘴进口采用质量流量进口边界条件，实验工 作压力根据喷嘴常用压力范围取值，水流密度取 2.1喷射距离对换热系数的影响 998kgm3,进口温度取为环境温度20℃；模型出 喷射距离H(即喷嘴距钢板表面的距离)对换 口设为压力出口一环境压力101.325kPa,出口温 热系数h影响的模拟结果如图2所示，图2(a)的工 度为20℃；钢板（壁面）温度根据现场热轧钢板实际 况为：喷嘴直径D=2mm,钢板表面温度T= 开冷温度(780~1000℃)来确定；冷却介质为水雾. 1150K,进口工作压力P:=0.1MPa,质量流量 通常在实验过程中，由于各参数的取值不同，所 Qm=0.04325kgs1,出口速度0m=13.8ms1. 得到的实验结果也有一定的差异，而且这些参数在 图2(b)的工况为：D=2mm,T=1150K,P.= 实验过程中相互耦合，很难确定单一参数对换热系 0.3MPa,Qm=0.06154kgs1,0at=19.6ms-1. 数的影响，本文利用有限元耦合场数值模拟计算方 图2(c)的工况为：D=2mm,T=1053K,P:= 法实现的喷雾冷却模拟也有类似情况 0.4MPa,Qm=0.06986kgs-1,vut=22.3ms1. 0.9 (a) 喷射距离 (b) 喷射距离 -一200mm 0.9 -300mm =-250mm …300mm -350mm -350mm ·400mm *400mm -.450mm 一-450mm -。*500mm 05 -500mm 0.3 常0.3 白号66 0.1 100 200300 400 500 0.1 100 200300 400500 距驻点位置mm 距驻点位骨mm 1.2r (c) 喷射距离 1.0 一500mm -450mm 0.8 +-400mn -350mm 0.6 -300mm 0.4 100 200300400500 距驻点位置mm 图2喷射距离对换热系数的影响 Fig.2 Effect of spraying distance on heat transfer coefficient 由图2分析可得：在实验喷射距离范围（在射流 在，能通过蒸汽层的雾滴具有有限性及随机性；(2) 核范围外)内，其他参数不变的情况下，换热系数随 沸腾特性导致固液间不能保持稳定接触：(3)采用的 喷射距离的减小呈现总体增大的趋势，在驻点区的 数值算法中对流项的一阶迎风格式具有迁移特性 变化较明显，喷雾冷却换热的特点是通过雾滴的冲 一将扰动仅向流动方向传递[) 击作用来强化换热强度，而随着喷射距离的减小，冲 2.2钢板表面温度对换热系数的影响 击作用增大，因而换热系数也随之增大，有研究表 分别选取工况为：D=2mm,H=500mm,P:= 明：随着雷诺数Re的增加，换热系数随H的增大 而增大，射流核的末端换热系数达到最大值2，]. 0.1MPa,Qm=0.04325kgs1,0m=13.8ms-1和 D=2 mm,H=300 mm,P:=0.4 MPa.Om= 但换热系数随喷射距离的减小呈现增大趋势的 规律不是绝对的，具有局部波动性，这种局部波动 0.06986kgs1,vm=22.3ms1.研究高温钢板 表面温度对换热系数的影响得出如图3所示结果， 主要由以下几个原因造成：(1)高温表面蒸汽层的存1∙2 初始条件与边界条件 喷嘴进口采用质量流量进口边界条件实验工 作压力根据喷嘴常用压力范围取值水流密度取 998kg·m －3进口温度取为环境温度20℃；模型出 口设为压力出口－－－环境压力101∙325kPa出口温 度为20℃；钢板（壁面）温度根据现场热轧钢板实际 开冷温度（780～1000℃）来确定；冷却介质为水雾． 通常在实验过程中由于各参数的取值不同所 得到的实验结果也有一定的差异．而且这些参数在 实验过程中相互耦合很难确定单一参数对换热系 数的影响．本文利用有限元耦合场数值模拟计算方 法实现的喷雾冷却模拟也有类似情况． 2 模拟结果分析 2∙1 喷射距离对换热系数的影响 喷射距离 H（即喷嘴距钢板表面的距离）对换 热系数 h 影响的模拟结果如图2所示．图2（a）的工 况为：喷 嘴 直 径 D ＝2mm钢 板 表 面 温 度 T＝ 1150K进口工作压力 Pi ＝0∙1MPa质量流量 Qm＝0∙04325kg·s －1出口速度 v out＝13∙8m·s －1． 图2（b）的工况为：D ＝2mmT ＝1150KPi ＝ 0∙3MPaQm＝0∙06154kg·s －1v out＝19∙6m·s －1． 图2（c） 的工况为：D ＝2mmT＝1053KPi ＝ 0∙4MPaQm＝0∙06986kg·s －1v out＝22∙3m·s －1． 图2 喷射距离对换热系数的影响 Fig．2 Effect of spraying distance on heat transfer coefficient 由图2分析可得：在实验喷射距离范围（在射流 核范围外）内其他参数不变的情况下换热系数随 喷射距离的减小呈现总体增大的趋势在驻点区的 变化较明显．喷雾冷却换热的特点是通过雾滴的冲 击作用来强化换热强度而随着喷射距离的减小冲 击作用增大因而换热系数也随之增大．有研究表 明：随着雷诺数 Re 的增加换热系数随 H 的增大 而增大射流核的末端换热系数达到最大值［24－5］． 但换热系数随喷射距离的减小呈现增大趋势的 规律不是绝对的具有局部波动性．这种局部波动 主要由以下几个原因造成：（1）高温表面蒸汽层的存 在能通过蒸汽层的雾滴具有有限性及随机性；（2） 沸腾特性导致固液间不能保持稳定接触；（3）采用的 数值算法中对流项的一阶迎风格式具有迁移特性 －－－将扰动仅向流动方向传递［6］． 2∙2 钢板表面温度对换热系数的影响 分别选取工况为：D＝2mmH＝500mmPi＝ 0∙1MPaQm＝0∙04325kg·s －1v out＝13∙8m·s －1和 D ＝2mmH ＝300mmPi ＝0∙4 MPaQm ＝ 0∙06986kg·s －1v out ＝22∙3m·s －1．研究高温钢板 表面温度对换热系数的影响得出如图3所示结果． ·68· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷