[发明专利]一种计算连铸坯高压水除鳞对流换热系数的方法

权利要求书

1.一种计算连铸坯高压水除鳞对流换热系数的方法，其特征在于，该方法步骤如下：

步骤1、在待测钢板上距离钢板上表面3-5mm处钻孔，将热电偶置于孔内，然后将钢板加热、保温均匀后移出，采用高压水对钢板表面产生的氧化铁皮进行除鳞；置于钢板内部的热电偶将测到的钢板内部温度通过采集卡发送到计算机，计算机绘制除鳞冷却曲线，即得到此种实验条件下的钢板除鳞内部冷却曲线；

步骤2、改变钢板加热温度，除鳞压力，除鳞距离等参数测得多组钢板除鳞内部冷却曲线；

步骤3、根据反传热原理和实验测得的钢板内部温度冷却曲线，采用DEFORM有限元软件计算各种实验条件下的高压水除鳞对流换热系数；

步骤4、整理各组高压水除鳞对流换热系数和对应条件下水流密度、钢板表面温度之间的关系，并汇总成表格；

步骤5、根据多变量非线性拟合理论，拟合高压水除鳞对流换热系数和水流密度、钢板表面温度之间的非线性表达式，并回归出待定系数，得到高压水除鳞对流换热系数公式；

步骤6、采用回归的高压水除鳞对流换热系数公式计算中厚板厂实际工况下的换热系数；

步骤7、根据计算得到的高压水除鳞换热系数模拟中厚板连铸坯除鳞温度场；

步骤8、现场实测连铸坯表面温度，并与数值模拟的温度进行比较，以此验证采用本发明计算得到的高压水除鳞换热系数是合理的。

2.根据权利要求1所述的一种计算连铸坯高压水除鳞对流换热系数的方法，其特征在于，所述步骤1钢板的加热温度在1000～1200℃之间，高压水除鳞压力在10～25MPa范围内，除鳞喷嘴距钢板表面在100～250mm之间；钢板的长×宽×厚尺寸为200mm×150mm×25mm，钢板的热传导率为50W/m·℃，比热为875J/kg·℃，密度为7870kg/m3，冷却水的温度为20.1℃。

3.根据权利要求1所述的一种计算连铸坯高压水除鳞对流换热系数的方法，其特征在于，所述步骤2测得多组钢板内部冷却曲线的方法是先固定两个变量，两个变量包括钢板温度、除鳞压力和喷射距离三个变量之二，再调整另一个参数，然后得到对应条件下的高压水除鳞换热系数和另一个参数的关系；通过改变固定变量，可以得到多组高压水除鳞换热系数的数值。

4.根据权利要求1所述的一种计算连铸坯高压水除鳞对流换热系数的方法，其特征在于，所述步骤3计算高压水除鳞换热系数的方法是采用DEFORM反传热模型，钢板内部任一点温度场变化的导热微分方程如下：

式中，λ_x、λ_y、λ_z是在x，y，z方向的热传导系数；ρ是钢板的密度；C_P是钢板的比热；是微元体热力学能的增量；T是钢板内部任一点的温度；是钢板内部的热源密度；

根据第三类边界条件：

式中h_z是界面处综合换热系数；T_w是外界环境温度；

由于在高压水除鳞过程中温度变化快，为了模拟计算更精确，求解的最小时间步长设置为0.001s，每个计算步长的最大温度变化为1℃。

5.根据权利要求1所述的一种计算连铸坯高压水除鳞对流换热系数的方法，其特征在于，所述步骤4将高压水除鳞压力、喷射距离等参数对高压水除鳞换热系数的影响转换成水流密度与高压水除鳞换热系数的关系；

水压与水流量之间的关系：

式中，Q是水流量；μ是流量系数；F是面积；ΔP是入口出口的压力差；ρ是流体的密度；

水流密度与水流量、水压之间的关系：

式中，ω是水流密度；Q是水流量；H是喷射距离；α是高压水喷嘴喷射角；β是高压水喷嘴安装的倾斜角；θ是高压水喷嘴的散射角。