连铸二冷气水雾化射流流动特性研究

论文摘要

气雾射流冷却是一种高效的高热流密度散热方式。由于具有工质流量小、换热能力强、环境适应力强、结构紧凑等优点，在大热流密度散热条件下，气雾射流冷却具有广阔的应用前景。本文通过对钢厂连铸二冷区使用的喷嘴进行流动特性的实验，在喷射角度、流量特性、水流密度、雾滴粒径分布、冲击速度等方面进行探讨，得出了该喷嘴运行的最佳参数，为进一步研究二次冷却的传热机理、二次冷却的配水制度以及二次冷却喷嘴的最佳排布方式等奠定了基础。在粒径分布研究方面，采用油膜法测量了雾滴粒径，经过分析发现喷嘴喷雾过程液滴的分布集中于0～240μm内。同一气压、水压和喷射距离工况下，喷嘴下对称区域粒径差异很小，喷嘴直射区粒径向两边逐渐减小。在射流液滴速度测量方面，通过PIV测得了气压0.10～0.30MPa，水压0.10～0.50MPa不同工况下的射流液滴速度。射流液滴速度随水压的增大而增大，随气压的增大而增大，由射流直射区向射流边缘区减小。水压和气压恒定时，随着喷射距离的增加，直射区射流液滴速度减小，由直射区向左右两边过渡过程中射流液滴速度出现先增大后减小，当达到射流边缘区域时，射流液滴速度增大。经过在喷射角度、流量特性、水量分布、雾滴粒径分布、射流速度分布等方面进行探讨，得到NCJ第五代喷嘴在气压0.20MPa、水压0.40MPa，射流距离为285mm时，具有射流液滴速度均匀，射流速度均匀区域的喷淋范围宽，水量分布均匀，具有较好射流雾化效果等特点，因此，该工况应为其最佳工况。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 连铸二冷区气水雾化流动特性机理研究现状
• 1.1.1 我国连铸二次冷却水控制技术的现状
• 1.1.2 喷雾冷却流动特性研究现状
• 1.1.3 喷雾特性对喷雾冷却流动能力影响方面的研究现状
• 1.1.4 气雾射流液滴粒径测量研究现状
• 1.1.5 二次冷却区喷雾冷却的其它研究成果
• 1.2 本文的研究目的及意义
• 1.2.1 本文的研究目的
• 1.2.2 本文的研究意义
• 1.3 本文的主要工作
• 2 连铸二冷气雾射流实验设计
• 2.1 实验方案
• 2.2 射流流动特性的影响因素及射流流动特性参数
• 2.2.1 射流流动特性的影响因素
• 2.2.2 射流流动特性参数
• 2.3 实验系统
• 2.3.1 实验装置
• 2.3.2 测试装置
• 2.4 实验台的设计与实现
• 2.4.1 实验台的功能
• 2.4.2 实验台各装置的选择与设计
• 2.4.3 连铸二冷流动特性测试实验台的总装
• 2.4.4 实验系统的调试
• 2.4.5 实验的操作规程
• 3 气水雾化射流特性实验
• 3.1 喷射角度、水量特性、雾滴粒径测试
• 3.2 气水雾化射流中速度分布的 PIV 实验
• 3.2.1 实验方案设计
• 3.2.2 实验装置及 PIV 系统
• 3.2.3 实验步骤
• 4 测定结果及分析
• 4.1 气雾喷嘴喷射角度分析
• 4.2 气雾射流流量特性分析
• 4.3 气雾射流下的水量分布特性分析
• 4.4 气雾射流下的雾滴粒径分析
• 4.4.1 气雾射流下的液滴粒径分布
• 4.4.2 气雾喷射下的液滴平均粒径
• 4.5 射流速度分布 PIV 实验测试结果与分析
• 4.5.1 水压对液滴速度的影响
• 4.5.2 气压对液滴速度的影响
• 4.5.3 喷射距离对液滴速度的影响
• 4.6 小结
• 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢