高压水射流仿真及除鳞系统设计平台开发

作     者：许凯林 

作者单位：东北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孔祥伟

授予年度：2013年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：高压水 除鳞系统 设计开发 流场分析 

摘      要：高压水除鳞系统是应用在钢铁行业热轧生产线上的主要设备之一。目前,除鳞系统的设计多采用传统的手工计算,不但耗费时间,准确性也难以保证,并且不利于进行多个方案的优化选择。因此,本文通过对高压水除鳞系统的研究,基于编程软件Visual Basic6.0设计开发出了一个通用的除鳞系统设计平台,方便各个参数的选择与计算,从而改进除鳞系统的设计。此外,运用计算流体动力学(CFD)软件Fluent对高压水射流流场以及温度场进行仿真分析,得出了射流运动的影响因素以及钢坯表面的温降规律,对于合理的设计除鳞系统具有重要意义。具体的研究内容如下：(1)结合高压水射流理论以及流体力学知识来建立除鳞系统的计算模型,得出系统各个部分的实用计算模型,包括水射流参数计算、喷嘴安装参数计算、阻力损失计算、高压泵站参数计算以及管道参数计算;(2)通过热轧实例来介绍除鳞系统设计平台的应用情况,包括除鳞系统各个部分的计算功能,计算结果的输出与存储等。对不同的系统参数(喷射压力、喷射高度、喷嘴安装角度、喷射流量等)进行分析对比,得出它们对除鳞效果的影响;(3)采用Fluent中多相流VOF模型对喷嘴的外部流场仿真分析,模拟喷射距离为分别为200mm、300mm、500mnm和1000mm时的射流喷射状态,得出了高压水除鳞的最佳喷射距离为200mm左右。值得注意的是,过小的喷射距离会使水流出现强烈的回流,导致射流束间相互干涉,降低除鳞打击力。因此,在满足最小除鳞打击力的情况下,喷射距离应调节到最大;(4)针对高压水对高温钢坯的冲击,建立了钢坯表面的温度场模型,并用流量为1451/min的A型喷嘴和流量为861/min的B型喷嘴进行仿真模拟。分析得出：采用A型喷嘴时,钢坯表面温度变化大,温降深度也较大,而采用B型喷嘴时相应的温度变化则较小。因此,除鳞时宜选择流量较小的喷嘴进行除鳞。掌握钢坯表面的温度变化规律,可以为除鳞后需要的开轧温度提供理论参考。