线棒材轧制用冷却器的优化设计与应用

针对棒线材生产用套筒式冷却器存在冷却能力不足，难以满足低温轧制的要求；轧件表面周向温度均匀性较差等问题，对套筒式冷却器结构进行了优化设计，得到旋流式冷却器。其采用圆锥斜齿轮式喷嘴，使冷却管内的水流形成旋流，可以产生较高的压力和速度，大幅度提高冷却能力，同时有效改善轧件表面温度的均匀性。采用SOLIDWORKS软件建模，利用ANSYS CFX软件进行流体仿真，对两种冷却器的流场、压力、流速进行了仿真分析。结果表明，旋流式冷却器可以提高冷却效率，改善轧件温度的均匀性，为实现轧件的超快速冷却创造有利条件。对24 mm圆钢的冷却应用表明，旋流式冷却器对轧件的降温幅度为套筒式冷却器的1.5～2.0倍且冷却均匀性明显改善。     

线棒材轧制用冷却器的优化设计与应用

针对棒线材生产用套筒式冷却器存在冷却能力不足，难以满足低温轧制的要求；轧件表面周向温度均匀性较差等问题，对套筒式冷却器结构进行了优化设计，得到旋流式冷却器。其采用圆锥斜齿轮式喷嘴，使冷却管内的水流形成旋流，可以产生较高的压力和速度，大幅度提高冷却能力，同时有效改善轧件表面温度的均匀性。采用SOLIDWORKS软件建模，利用ANSYS CFX软件进行流体仿真，对两种冷却器的流场、压力、流速进行了仿真分析。结果表明，旋流式冷却器可以提高冷却效率，改善轧件温度的均匀性，为实现轧件的超快速冷却创造有利条件。对24 mm圆钢的冷却应用表明，旋流式冷却器对轧件的降温幅度为套筒式冷却器的1.5～2.0倍且冷却均匀性明显改善。     

基于CFD的冷却台风场数值计算与优化

为了解决热处理工艺中风冷处理阶段冷却台出风不均匀问题,基于CFD对冷却台进行了优化设计,并对冷却台风场进行了数值仿真,得出不加挡风板以及不同高度组合、角度组合工况下出风口的最大、最小风速,平均风速以及风速标准差。根据仿真所得结果,分析了高度和角度对风速均匀性的影响,得出了挡风板最佳高度和角度。结果表明:在冷却台风道中设置挡风板有助于提高出风均匀性;高度对出风均匀性影响较大,角度影响较小。     

轴向水流喷射速度对钢管内表面冷却均匀性的影响

利用有限元耦合场数值模拟计算方法,对无缝钢管控制冷却过程进行了三维建模和数值模拟,研究了轴向水流喷射速度对无缝钢管内表面轴向和周向冷却均匀性的影响规律.结果表明,随着轴向水流喷射速度的增加,无缝钢管轴向温度逐渐降低,轴向各点温度更趋于均匀且变化规律相同,但周向各点温度均匀性变差.     

汽车空调出风口气流均匀性对冷却性能的影响

采用计算流体力学(CFD)的方法,研究了汽车空调出风口处气流均匀性对冷却性能的影响及其原因。考虑了太阳辐射和人体散热对流场的影响,模拟了2种流量相同而均匀性不同的冷却气流对车室的降温过程。通过对比2种冷却气流的冷却时间、流场组织和温度分布情况,发现均匀性好的冷却气流对车室的冷却性能更好,而且更有利于改善人体热舒适性。结合淹没紊动射流理论,从流体力学的角度分析讨论了产生这种不同冷却效果的原因。     

中厚板轧后冷却圆形喷嘴射流冲击行为分析

在中厚板轧后冷却过程中,喷嘴的射流冲击形式和钢板表面积水层深度对冷却能力有着重要影响。本文利用ANSYS Fluent软件进行模拟仿真,研究了相同口径的圆形喷嘴,在不同倾斜角度、入口速度的条件下,射入不同积水层深度的水流场,分析了水流场中的流速及对钢板表面的冲击压强的变化趋势,得出初始流速、钢板表面积水层深度对射流钢板冷却冲击的影响关系。结果表明：喷嘴倾角越大,初始速度越大,钢板表面的积水层越薄,射流冲击钢板表面的压强值越大,冷却能力越强。     

底喷式淬火槽结构的优化设计

为改善底喷式淬火槽的冷却均匀性,从入水口方向和变径方面对淬火槽结构进行优化,研究了不同淬火槽结构对淬火冷却的影响。结果表明,在相同边界条件下,入水口方向改为切向后,钢管两侧流速有了显著提高,可有效提高淬火槽的冷却能力;采用过流截面逐渐收缩的变截面淬火槽,钢管轴向及内、外壁面的冷却均匀性均优于等直径淬火槽。     

带钢条缝喷气冷却整场流动和传热特性的数值模拟

以某带钢生产线为参考,以空气为介质对条缝式喷嘴进行研究.通过数值模拟研究整个条缝式喷气冷却器的流动特性、喷射冷却介质与带钢表面的传热特性;以及风箱的风量变化与风箱内压差的关系,结果表明,在此模型下冷却器内的流体流动均匀,钢板表面也冷却均匀,满足工艺要求;此外风箱内压差随风量基本呈直线递增趋势.     

淬火介质空气冷却器的开发与应用

采用空冷系统代替水冷系统对淬火介质进行冷却,由二次换热改为一次换热,能够显著提高冷却能力。阐述了淬火介质空气冷却器的结构、工作原理及应用状况。应用结果表明,空气冷却器具有节电、节水及有利于环境保护的特点。     

冷却条件对TC6合金温度场和Cr偏析的影响

采用多场耦合重熔工艺仿真软件MeltFlow-VAR建立数值模型,研究了工业化大规格TC6合金在不同冷却条件下的温度场和Cr元素偏析行为,并通过制备Ф640 mm规格TC6合金铸锭进行验证。模拟结果表明：增大铸锭和坩埚间的换热后,铸锭熔池和糊状区深度变浅,整体呈现自下而上的顺序凝固,Cr元素偏析范围及整锭极差减小。结合实验验证表明：采用壁厚减薄的异形坩埚加强冷却后,凝固组织转变为全柱状晶,有利于减轻偏析,得到成分均匀性较高的铸锭。     

热冲压模具冷却系统流速均匀优化研究

为优化热冲压模具的冷却系统,减小各型面水管之间的流速差异,提高成形件的产品质量,针对大流速型面水管,提出了将该水管的连接水管沿两个不同方向进行偏置以降低流速的方法。以各型面水管的流速标准差为质量指标,设计正交试验,得到最佳偏置距离。由优化后的冷却系统流场及模面温度分析可知,两种偏置下各管道流速均匀性分别提高了86.2%和77.6%,模面最高温度分别下降了18.5和11.6℃,模面平均温度分别下降了13.0和5.3℃。搭建了相应的试验系统进行流速测试,试验结果和仿真吻合。研究表明,该方法能有效改善模具冷却水管流速不均,提高模面温度均匀性。     

大长径比零件高压气淬温度场数值模拟

针对大长径比零件淬火均匀性和变形控制这一难点问题,采用数值模拟方法研究高压气淬技术对大长径比零件温度场的影响规律。结果表明,气体的淬火压力越大、流速越快、换热能力越强,工件冷却速度越快。采用上下交替吹风的静态交变流型不会对工件的冷速产生明显影响,但有利于改善温度场均匀性,且上下交替吹风时间间隔越短,工件的温度场越均匀。     

薄钢板气体射流控冷结构数值模拟与试验验证

对3种用于薄钢板冷却的气体射流控冷结构进行了数值模拟分析,通过比较气体射流控冷结构内风速流场和钢板温度场,确定单均风板气体射流控冷结构可满足薄钢板淬火要求,且冷却均匀性较好,并进行了试验验证。结果表明:与无均风板相比,设置一个或两个均风板时,工件近壁面风速流场与温度场均匀性得到提高,利用单均风板气体射流控冷结构对钢板进行风冷时,在20 s时工件上存在的最大温度差约为63.8 ℃。在20 s内钢板平均温度从920 ℃冷却至Ms点(412 ℃)以下,最低冷速约为27.2 ℃/s,大于马氏体转变临界冷却速度27 ℃/s,表明单均风板气体射流控冷结构可用于薄钢板气体射流淬火工艺。     

冷却塔内流动场的数值模拟研究

利用FLUENT软件研究了冷却塔内部烟气流动状态的分布规律,全面解析了冷却塔内烟气流动场的变化趋势,并通过改变冷却塔入口弯管的曲率半径、直管段长度和分布板的孔径分布分析塔13％气流速的均匀性.计差结果表明,改变分布板的孔径分布可明王优化烟气流动状态,各孔流量与理论值偏差小于13％,最大与最小流量相差1.39倍,烟气流量分布的均匀性和流速方向的垂直度得到有效改善,为冷却塔优化设计提供了指导依据.     

基于Matlab的中厚板轧后冷却过程温度场数值研究

基于Matlab数值计算,对中厚板轧后冷却问题进行了研究,得到了中厚板随时间变化的温度场分布,分析了钢板厚度、终轧温度、冷却水温度、平均水流密度、钢板含碳量和冷却方式对钢板表面和芯部温度、终冷温度的影响。结果表明,钢板芯部与表面的温差,在空冷阶段先增大后趋于平稳;在层流冷却阶段随着冷却时间的增加不断增大;在返红阶段在较低的范围内趋于平稳。在相同的冷却时刻,随着钢板厚度的增大,钢板表面温度、芯部温度以及芯部与表面的温差均增大;随着终轧温度的降低和平均水流密度的增大,钢板表面和芯部终冷温度均降低。随着钢板含碳量的增加,其表面温度并不总是降低。与单水冷过程相比,间歇式冷却使钢板芯部与表面的温差更小,钢板温度均匀性更好,其对应的热应力也较小。同时,得到了终冷温度与钢板厚度、终轧温度、冷却水温度和平均水流密度的拟合关系式,结果表明钢板终轧温度对钢板终冷温度的影响最为显著,其次是钢板厚度和平均水流密度,冷却水温度对其影响较小。     

非晶带材成形用冷却铜辊内流道传热数值模拟

非晶带材成形采用急速冷却方法,其中冷却铜辊内流道设计是非晶带材成形装备研究中的关键问题。根据带材成形的冷却工艺要求,提出了冷却铜辊内流道设计准则。在此基础上,设计出4种典型的冷却铜辊内流道结构。采用流-固耦合传热方法对所设计的4种不同的冷却铜辊内流道流场进行数值模拟分析,得到了不同流道结构所对应的压力场、温度场随进水流量的变化规律。为了评价内流道的换热能力,提出了内流道综合换热系数作为量化换热能力的指标。分析表明:散射肋形流道进出口压降较小,且其换热能力优于其他3种结构,适用于冷却铜辊内流道结构。     

厚板厚向温度分布对热轧过程金属变形的影响

基于温控形变耦合工艺下轧件厚向温度分布的特点,即使轧件厚向芯表温差相等,但厚向温度梯度不同,会对金属变形产生不同的影响。通过数值模拟,研究了厚板厚向温度梯度对轧件内部金属变形的影响。对于芯表温差为300 ℃的温度场,随着冷却强度与水冷时间的不同,沿钢板厚向会形成“近表层大温度梯度区+近芯部等温区”的混合温度场。随着冷却强度的增大,水冷时间的减少,近芯部等温区厚度逐渐增加。经模拟计算,当钢板近芯部等温区厚度增加至1/2板厚时,轧件芯部应变值减少约0.015。结果表明,大冷却强度、少水冷时间的温控形变耦合工艺,会弱化轧件厚向变形渗透效果。另外,随着近芯部等温区厚度的增加,头部沿纵向金属变形不均匀性减小,表明大冷却强度、少水冷时间的温控形变耦合工艺,有利于提高轧件头部沿长度方向的金属流动均匀性。