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本课题针对钢管的高密度集管流控冷，基于有限元数值模拟和研究，以传动学、热弹塑性力学、流体力学等理论与技术为手段，研究了钢管在控冷过程中的换热系数、温度场、应力应变场以及控冷过程工艺参数对钢管冷却性能的影响。这些研究为控冷设备现场调试提供了有价值的参考资料，同时为设备结构的进一步改进提供了理论依据。本课题的主要研究内容如下：
①分析外表面处于高密集射流作用下，内部充满水的钢管表面的换热特性，采用计算流体力学仿真软件FLUENT来进行数值模拟，分析在不同射流速度和流量下钢管外表面的对流换热系数以及对流换热系数在不同位置随时间的变化，分析了在冲满水，不冲水，冲一半水等情况下钢管内表面的对流换热系数。
②在Fluent中利用VOF模型对钢管控冷过程的流场进行模拟计算，得到了对流换热边界条件，再以Ansys软件为平台，模拟钢管控冷过程中的温度场变化。利用建立的温度场有限元模型，对不同规格的钢管进行模拟分析。针对同一钢管在不同水流冲击速度、不同流量下进行温度场的横向比较。
③通过上述模拟得到的温度场，采用热应力间接耦合方法，在Ansys中对钢管冷却过程中的应力应变场进行数值模拟，分析钢管应力应变场的变化规律，并研究了其影响因素。
④控制控冷过程中的工艺参数，分析冷却速率对残余应力的影响，并为减小残余应力，获得良好机械性能的钢管作出了理论指导。