[发明专利]气体喷嘴冷却性能的测量方法

摘要

本发明属于冷轧金属板带热处理技术领域，尤其涉及热处理工艺中，一种气体冷却装置的冷却性能实验测量方法，用于金属热处理工艺中气体冷却装置的研究开发领域。气体喷嘴冷却性能的测量方法，它包括如下步骤：第一步，气体喷嘴冷却性能的测量系统的准备；第二步，打开电加热系统，不启动供风系统，进行喷嘴冷却的空白实验，待钢板温度稳定后，此时测得的加热功率记为P0；第三步，先关闭电加热系统，启动供风系统；第四步，电加热平板加热：重复第二步的步骤，启动电加热系统，此时测得的加热功率记为P1；第五步，空气冷却功率的测量；第六步，喷嘴冷却功率的换算。该方法可对各种形式的气体喷嘴冷却性能进行离线测量，且操作简便，安全性好。

主权项

气体喷嘴冷却性能的测量方法，其特征在于它包括如下步骤：第一步，气体喷嘴冷却性能的测量系统的准备：气体喷嘴冷却性能的测量系统由供风系统、气体喷嘴、电加热系统和测量系统组成；供风系统包括风机(2)、第一蝶阀(3)、流量孔板(4)、风箱(5)；风箱(5)的进风端由第一风管与风机(2)的输出口相连通，第一风管上设有第一蝶阀(3)和流量孔板(4)；风箱(5)的出风端设有气体喷嘴组，在第一蝶阀(3)与风机(2)的输出口之间的第一风管上连接第二风管，第二风管与放散器(16)相连通，第二风管上设有第二蝶阀(21)；电加热系统由变压器(12)、可控硅调压器(13)、铜排线缆(14)和电加热平板(15)组成；变压器的输入端与380V的交流电源(11)相连，变压器的输出端设有可控硅调压器(13)，可控硅调压器(13)的输出端由铜排线缆(14)与电加热平板(15)相连；电加热平板(15)位于气体喷嘴组与测量系统的测量黑箱的开口端之间；测量系统由测量黑箱与红外热像仪(10)组成；测量黑箱的一端为开口端并朝向电加热系统的电加热平板(15)，测量黑箱的另一端设有热像仪观测孔(9)，热像仪观测孔(9)外侧设有红外热像仪(10)；第二步，喷嘴冷却的空白实验：不启动供风系统，打开交流电源(11)，启动可控硅调压器(13)，将电压逐步调高，电流通过铜排线缆(14)和电加热平板(15)构成的加热回路，将电加热平板(15)加热；测量者通过红外热像仪(10)观测电加热平板(15)的表面温度变化，直到其电加热平板(15)的板面平均温度达到实验设定值；电加热平板(15)稳定在温度的实验设定值后，测量整个加热回路的电流和电压值；重复测量电流电压值超过(3)次，两次间的间隔不少于5min，将每次电流值I0和电压值V0记录下来，其乘积的平均值P0作为无喷嘴强制冷却时的系统散热量；第三步，先关闭电加热系统，启动供风系统；在气体喷嘴冷却性能的测量系统使用之前，需要首先启动供风系统，并采集风箱(5)的空气流量数据；逐渐加大主回路上的第一蝶阀(3)的开度，直至流量孔板(4)测得的气体流量达到实验设定的气体流量；测量实验中，空气在气体喷嘴处的流速w1＝流量孔板(4)测得的气体流量/气体喷嘴截面积；此流速设定时需要保证其Re1＝w1S1/ν1的范围在Martin理论的适用范围内，即对于窄缝喷嘴Re1在1500～40000，对于圆口喷嘴Re1为2000～100000，Re1为气体喷嘴处的雷诺数，S1表示气体喷嘴的特征尺寸，ν1表示空气在实验温度下的运动粘度；第四步，电加热平板加热：重复第二步的步骤，启动电加热系统，此时测得的加热功率记为P1；第五步，空气冷却功率的测量：扣除掉气体喷嘴冷却性能的测量系统本身在此电加热平板温度下的散热量，即为通入空气的喷嘴的强制冷却功率，记为Q1＝P1‑P0；第六步，喷嘴冷却功率的换算：工程实际运行状态下的喷嘴冷却能力记为Q2，则 Q 2 = Q 1 × ( w 2 ν 1 w 1 ν 2 ) 2 / 3 × ΔT 2 ΔT 1 × k 2 k 1 × ( Pr 2 Pr 1 ) 0.42 其中w1为测量系统中空气在气体喷嘴处的流速，ν1为空气在实验温度下的运动粘度，ΔT1为电加热平板与喷嘴处空气的温差，k1为空气在实验温度下的导热系数，Pr1为空气的普朗特数；w2为工程原型中气体的流速，ν2为工程原型中气体介质的运动粘度，ΔT2为被冷却的电加热平板表面与喷嘴处气体的温差，k2为工程原型中气体的导热系数，Pr2为工程原型中气体介质的普朗特数。