喷射方向对喷雾冷却换热的影响

　　喷射方向对喷雾冷却换热的影响梅国晖。盂红记。谢植东北大学信息科学与工程学院，辽宁沈阳0004型中考虑了水流密度喷雾水滴的大小冲击力的影响。分析认为喷射方向上水膜厚度的差异是喷射方向影响铸坯面传热系数的主要因素，将水膜厚度因素引入该模型中，进而计算分析出喷射方向对传热系数的影响状况计算结果认为，在低水流密度下，903处喷雾传热系数大，其他喷射角度的传热系数大致以903处对称。在高水流密度下，随喷射角度，加而显著增加，该理论分析结果与己有研究结果基本相同。

　　喷雾冷却由于具有较高的传热速率和可控制性好而广泛应用于高温物体面的冷却，在冶金化工核电站安全等工业部1中作用尤为突出。如冶金连铸次冷却中，方面要求较高的冷却传热量以提高生产率，另方面又要保证铸坯的质量。这就要求了解铸坯面喷雾冷却的特性。因此，对于喷雾冷却传热的研宄具有非常重要的理论意义和实际应用价值。

　　内铸坯面的温度通常都在900，以上，该温度高于也试，点斤以整个冷段的传热都处于膜沸腾状态。但沸腾传热机埋比较乜杂，所以对其传热的研究多从实验中获衍关系式，但这关系状态下获得的。生产实践证实喷射方向对换热系数有定的影响。如在小方坯弧形连铸机生产中，喷雾冷却的方向在0，180内都存在。所以有必要分析喷雾方向的影响，通过调整喷嘴的数量和位置，以保证铸坯面的冷却均匀性。

　　另外，除了喷射方向对喷雾冷却传热过程有影响外，水流密度铸坯面温度雾滴尺寸冲击速度等参数也有影响。所以通过实验方法得到的换热系数艾系式。方血由于所选各个参数数伉面，实验数量大耗时多费用高，操作起来有定收稿日期2，194基金项目国家自然科学基金资助项目50174021.

　　难度本文采用简化的喷雾冷却模型，对喷雾传热过朽进丁理论分析。从而对各个又系式的合理性进行分析，这对于喷雾冷却关系式在连铸实践中1模型的述1目前池内膜态沸腾的理论分析模型较为成熟，喷雾冷却膜态沸腾虽与池内膜态沸腾略有差异。但机理大致相同。所以本文以池内膜态沸腾为基础。唢雾作为种扰动对池内膜态沸腾的艾系式进行修整，从而得到喷雾冷却膜态沸腾关系式。

　　1.1简化模型为了便于计算分析，对喷雾冷却模型进行如下简化蒸汽膜内蒸汽的流动为层流；膜内蒸汽的物性不随温度而改变；3靠近壁面的蒸汽温度与高温壁面温度相同7，与液膜接触的蒸汽温度为饱和温度7.

　　句雾滴密度足够小，即相互间不受影响5雾滴与蒸汽层碰撞过程中，保持球形。

　　1.2池内膜态沸腾对于稳定的池内膜态沸腾，且膜层内蒸汽流动为层流，其蒸汽膜平均厚度可以为其中，为水流密度，=3为喷嘴喷射的覆盖面积。

　　单位面积上，同时存在于蒸汽层中的雾滴数其中，7为雾滴对蒸汽层的扰动时间。

　　③受雾滴扰动影响的蒸汽层总面积其中，为系数；心为气体动力粘度；为蒸汽化潜热为蒸汽密度为液体密度为面张力1.3喷雾冷却的对流换热系数雾滴冲击高温面后，会出现种情况。

　　对蒸汽层没有扰动即雾滴没有穿透液膜，则3=知。

　　单位时间内，单位面积上通过蒸汽膜的导热其中，8为面积干扰系数。

　　单位时间内，单位面积上通过蒸汽膜的导热量为根据式2，可以计算出对流换热系数，3雾滴与高温面直接碰撞根据文献3人单个雾滴碰撞高温面的换热量为单位时间内，单位面积上高温面的辐射换热量为高温面总的换热量等于喷雾冷却的对流换热量为其中，肠则单位时间内，单位面积上碰撞引起的高温面换热量为单位时间内，单位面积上高温面总换热量为则对流换热系数为对蒸汽层有扰动即雾滴穿透液膜，但没有穿透蒸汽膜，则单位面积上，单位时间内雾滴撞击蒸汽层根据式2人可以计算出对流换热系数2方向对换热系数的影响与分析喷射时喷射角度为，水平喷射时，喷射角度为90，垂直向上喷射时喷射角度为18，喷射角度对喷雾换热过程的影响，主要是因为冷却面角度的变化，引起喷射到其上的雾滴停留时间的改变，因而在不同喷射角度上冷却面上的液膜厚度不同，所以导致换热系数的改变，因此确定喷射角度影响的关键是决定各个角度上液膜厚度2.1液膜厚度的确定1喷射方向肛0时0由液体的面张力引起的厚度5，2.2口贲射方向对换热系数的影响根据模型计兑出的喷射方付换热系数的影响4.其中，高温面温度为1000；雾滴尺寸33，平均直径为240以1冲击速度为根据文献97可知，为接触角。

　　由水流密度引起的厚度812其中，为方还边长；为水流密度。

　　总液膜厚度为当温血不妃水放置设液膜的形状为角形3.

　　低水流密度，即液体全都沿倾斜面流动，没有水流从侧他流下。则液膜厚度高水流密度，液膜厚度可由下式求出3喷射方向，=90从4中可以看出，在低水流密度时，喷射方向对换热系数的影响较小。随着水流密度的增加，其影响越来越显著。当水流密度较大时，随着喷射角度的增加换热系数也随之显著增大。

　　另外，随着水流密度的，加，在各个喷射方向换热系数都增加。

　　1低水流密度，低水流密度，即由于吸附作用液体令都沿倾斜面流动，没有水流从面滴落，则液膜7度与高水流密度，液膜厚度随蓍喷射方向从0，180变化。喷雾换热系数略微变化，除了外，曲线大致以90对称。这是因为水流密度低时，由于被冷却面对水膜的吸附作用，水流全部沿斜面流。所以喷射方10 90和喷射方向9180上水膜厚度相同，因此换热系数也相同。

　　2高水流密度5，=4，gin9.随喷射方向从0，180变化，喷，换热系siHgfl，C，Sa数显著输。这是为水流密度过人，1被；令，G，黏旁拽沿盗越了01迎1蚶0也，汕幽痛，输咖，危甩逐将谋全部吸附蠢通过木模型计兑得到的结束与文献10得到3结论本模型仅适用于高温低密度喷雾颗粒条件下，喷雾冷却换热系数的计算。

　　在低水流密随竹喷射向从0，18，喷雾换热忝数受化微小，线基本观为以倾斜面上，所以当喷射方向为，9，就有部分水从侧面流下；当唢射方向为90，18戊，就有部分水直接滴落，因此换热系数随角度的变化显著。被冷却面向上时的液膜厚度要比向时的所以雾滴需耍更大的能龙穿越水膜，因此随着喷射方向从0180变化过程中，喷霉换热系数增人。

　　在高水流密度时，随着喷射方向从180喷雾换热系数显著增加。

　　I者江，孙晗，李现昌，等。水喷射淬冷高温壁面的传热实验研究。工程热物理学报1997，185629 I林瑞泰。沸腾换热朋北京科学出版社，1988.191