[发明专利]一种测定周期性换热系数的实验方法

说明书

技术领域

本发明涉及换热系数测定这一技术领域，具体是一种测定周期性换热系数的实验方法。 

背景技术

在工业冷却处理过程中，换热系数的大小决定着冷却强度的大小，能够确定不同冷却水量、不同喷嘴喷射高度、不同喷射角度与换热系数之间的关系，对调节冷却强度有着重要的意义，对制定合理的冷却制度，提高产品的质量有着决定性的作用。 

周期性换热存在于工业生产间歇式冷却的生产流程中，即让被冷却工件一次通过排布好的冷却喷嘴，工件经过喷嘴时处于被冷却状态，当离开喷嘴喷射范围传向下一个喷嘴时处于非冷却或者回热状态。例如在连铸的二次冷却过程中，钢坯在经过二次冷却区域时，钢坯被排布好的喷嘴进行一次冷却，在喷嘴之间的非冷却区域，钢坯的液芯会向外传热，让钢坯表面回温。周期性换热有着冷却均匀，工件热应力小的特点，测试不同换热周期、不同冷却强度的换热特性对喷嘴的排布、工件传送速度、气压水压设定等都有着重要的指导意义。 

目前周期性换热系数的测定大多采用加热钢板，水平移动喷嘴的方法进行冷却，这种方法存在很大的局限性。首先由于钢板的几何特性不能很好的处理热应力，在冷却过程中很容易变形，且钢板的冷却测试次数有限，更换频繁，投入费用较高。其次该方法无法进行连续的喷射，只能往复式喷射，不符合周期性换热的喷射特点。再次钢板式移动喷嘴的方法无法自由调节的喷射角度，无法测定倾斜角度喷射的换热特性。 

因此，在考虑测试费用，测试调节范围，测试精度的基础上，提供一有效的测定周期性换热系数的实验方法对工业冷却生产中制定合理的冷却制度有着积极的作用。 

发明内容

本发明需要解决的技术问题就在于克服现有技术的缺陷，提供一种测定周期性换热系数的实验方法，用来测试不同材质原料在不同周期换热下的热流量、换热系数，达到计算速度快，计算精度高的。 

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案： 

一种测定周期性换热系数的实验方法，其包括一实验装置，该装置包括可调节转速的转动滚筒、可调节喷射角度和喷射高度的喷嘴、置于滚筒内部的加热装置、埋设于滚筒筒体内的热电偶、电连至热电偶及将温度信号输出的温度收集装置；

具体实验方法包括以下步骤：

第一步：利用需要测试的材质制成转动滚筒，置于实验装置上，根据测试需要调节好滚筒的转速；根据所需模拟的冷却环境，调节好喷嘴的喷射高度以及喷射角度；利用加热装置对滚筒进行加热;

第二步，利用温度收集装置记录筒体内部温度数据，获得筒体淬

                                                   

返回至第二步，直至满足收敛计算出h为止。

    进一步的，所述转动滚筒的材质可以根据测试需要相应选择。 

进一步的，所述第三步中，利用筒体各测温点建立传热数学模型的方法如下： 

根据热平衡原理，在非稳态条件下，以导热方式进入筒体任意一点p的热流量的代数和等于其热量变化量，建立传热离散模型的方法如下：

(m=N)

本发明的有益效果：

（1）本发明装置中由于采用转动滚筒的形式，很好地克服了热应力的形变问题，现有技术中钢板冷却的形变较大，数次实验后形变严重，无法多次重复实验，而滚筒很好地解决了这一问题，能够多次重复实验，且采用滚筒的形式使得滚筒内部更接近绝热状态，与实际二次冷却中钢坯的中间绝热状态相一致。

（2）本发明的滚筒可以由所需测量的材料制成，适用于多种不同材质坯料传热系数的测定。 

（3）本发明滚筒转速可调，喷嘴的喷射高度和喷射角度均可调，因此可以模拟多种冷却形式，实现周期性冷却测试，从而可以测试出不同冷却周期的冷却特性。 

（4）本发明实验方法过程中包括反问题算法的验证过程，验证了反问题算法的正确性和可行性，使得实验所得数据更加可靠。 

（5）本发明实验方法考虑到了输入热流时间分布、所有时刻所有通道误差对实验精度的影响，将实验误差均值级别控制在10^-14数量级，精度极高。 

  

附图说明

图1           为本发明数学模型的建立示意图； 

图2           为本发明数学模型网格划分示意图；