随着钢铁市场博弈的日益激烈和钢板参数控制技术的逐渐成熟,金属的性能指标愈发成为了国际钢铁行业的竞争重心,钢板性能的好坏主要由热量传递过程(即冷却速率、终冷温度以及钢板温度的均匀性)所控制。虽然近10年层流冷却技术的运用已经大大提高了生产效率,但是仍存在许多问题,比如钢板内外温度不均,应力不均和钢板翘曲等。改善轧后冷却控冷技术的关键在于对轧后冷却的温度场进行调控。然而,由于层流冷却过程中瞬态冲击沸腾换热十分复杂,影响因素众多,这种复杂的规律分布对层流冷却技术调控的难度很大。本文开展了搭建实验台,实验研究与数值模拟三个方面的工作,自主搭建了矩阵排布式喷嘴层流冷却实验系统,整个系统分为钢坯加热系统、传动系统、喷嘴调节系统、射流系统和温度采集系统这六个子系统。本文分别进行了静态实验与动态实验,得到了不同工况下的钢板温度变化规律,并详细分析了各个参数在层流冷却过程中对钢板传热过程的影响。数值模拟部分进行了二维、平面的模拟,用Fluent仿真软件,对单喷嘴的射流冲击的流场和温度场进行了数值模拟,并对得到的温度场和速度场进行分析。实验研究和数值模拟的主要结论如下:(1)钢板出炉温度从900℃降低到800℃,平均温降速率降低了14.5%。各个点之间的温差减小,最大温差降低了32%。(2)射流高度从475mm增加到485mm,平均冷却速率降低了23.7%。最大温差降低了48.6%。(3)钢板运行速度由1m/min提高到3m/min时,钢板表面各个测温点温度急剧下降,其中降温最快的点降低了39.7%,此时钢板表面最大温差降低了61.8%。(4)当喷水量从0.1m3/h提高到0.16m3/h时,钢坯表面平均温降速度增加了1.44倍,钢坯表面最大温差呈现抛物线性变化。钢板近表面温度均匀性呈现出先减小后增加的趋势。本实验存在着一个最佳值0.125m3/h,此时钢板表面的温度均匀性最好。(5)不同喷射速度条件下,水流轴线速度增加的幅度不同,喷口速度较小时,水流轴线速度增加幅度较大,如u=2m/s时,水流轴线速度从2m/s增加到了3.3m/s,增加了65%。射流速度较大时,水流轴线速度增加幅度较小,如u=10m/s时,水流轴线速度从10m/s增加到了10.25m/s,增幅2.5%。(6)喷嘴射流速度从2m/s增加到6m/s时,钢板表面滞止区温度依次降低了5.4%,7.9%,滞止区与壁面射流区的最大温差分别降低了44.9%,26.2%。