空气射流冷却条件下BNbRE钢轨温度场分布

采用Fluent软件,基于标准k-ε湍流模型对BNbRE钢轨在空气射流冷却过程的流场和温度场进行了有限元模拟,讨论了不同冷却风速(100、200 m/s)下钢轨二维模型的温度场及传热特性变化规律。结果表明:随着风速提高,钢轨表面传热系数增大,换热效果增强;对于风速为100 m/s的情况,当冷却时间达到80 s时,上部射流与壁面冲击后产生的贴壁气流分散到两侧,会影响下部射流方向;当风速为200 m/s,冷却时间为40 s时,贴壁气流已明显影响了两侧下部射流;将风速从100 m/s提高到200 m/s后,钢轨的冷却速率明显加快,表面终冷温度从543℃降至358℃,平均冷却速率也由2.55℃/s增加至4.42℃/s,这对于满足钢轨淬火冷却工艺的要求,从而控制最终组织具有重要理论指导意义。

钢板表面状态对喷淋冷却参数的影响

本文针对钢板表面状态,如氧化铁皮厚度和表面粗造度对喷淋冷却和空气射流冷却参数的影响开展了实验研究。实验采用20mm厚的SUS304不锈钢作为冷却试样,采用热喷涂Al_(2)O_(3)粉末的方法在试样表面生成人造的氧化层。Al_(2)O_(3)层的厚度范围为50~210μm.实验还研究了无人造氧化层试样,在我们的研究中,通过抛丸处理使试样表面粗糙度达到20μmRa.研究结果表明,在喷淋冷却和空气射流冷却过程中,人造氧化层都具有隔热作用。喷淋冷却参数随表面温度而变化,薄膜状沸腾阶段的冷却速率以及交界面处表观淬火温度随着AI2O3氧化层厚度的增加而提高。表面粗糙度提高了薄膜状沸腾阶段的冷却速率,导致喷淋冷却的淬火温度升高。空气射流冷却热通量随着表面粗糙度的增加而增大,但是仅在较高流速下呈现这种趋势。表面粗糙度对喷淋冷却热通量的影响更为显著,即使在平均热通量不大的情形下也是如此。本实验中,水滴撞击过程中热通量的估算值远高于空气射流冷却中热通量的估算值。据此可以解释表面粗糙度对两种冷却方式中冷却参数影响的差异性。