ホットランテーブル上を搬送される熱延鋼板上の水膜流動と冷却過程の予知と制御

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04452272
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 八田 夏夫 京都大学, 工学部, 教授 (30026041)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 藤本 仁 京都大学, 工学部, 助手 (40229050) ; 宅田 裕彦 京都大学, 工学部, 講師 (20135528)
• Keywords: ラミナー流 / 冷却プロセス / 濡れ現象 / ライデンフロスト温度 / 高温鋼板 / 水膜流 / 膜沸騰 / 流れ場

Research Abstract

円形ノズルから噴出するサブクール度の大きい水のラミナー流を1000℃程度の表面温度をもつ平板に衝突させると、その瞬間に濡れ領域が形成される。すなわち、このラミナー流による高温材料の冷却は局所的に非常に大きい熱伝達率を示し、熱間圧延ラインの最終仕上圧延機を出た熱延鋼板を巻き取り温度まで冷却するのに用いられている。
本研究の目的の1つは、ラミナー流を水平に移動する平板に衝突させて形成される水膜の流動特性を数値流体力学の手法によって計算し、実験結果と対比し、流れ場を把握するための数値モデルを確立することにある。現在、水平に固定された平板上に円形ノズルから水棒を鉛直に落下させ、衝突したときの衝突点近傍の流れの特性と水膜流形成のプロセスを把握するための数値解析を試みている。いくつかの計算の結果の概要を述ベると、ノズルから噴出する水棒の先端が平板に衝突し、時間の経過に伴って水膜の先端は半径方向に拡大していく。やがて、一定の自由表面の形態に近づき、定常流に達する。定常状態における水膜の半径方向の厚さ分布の計算値は、触針法による実測値と良好な対応を示すことが確認されている。また、衝突点近傍の圧力分布は中心部で高く、中心からの距離の増大に伴って小さくなるときの数値的把握が可能となっている。これによって中心部の圧力が、固‐液界面の蒸気圧よりも高くなると、瞬間的に濡れ現象が起こる。このことにより、ノズル高さ、水量、水温、板の表面温度から濡れ点温度の予測が可能となっている。
つぎに、水膜流と高温表面の界面での熱的相互作用を、実験的かつ理論的に調査し、沸騰も含めて水温の上昇に伴う高温表面からの熱伝達量の変化を定式化するための検討が現在進行中である。

Research Products

• [Publications] 藤本 仁: "平板上に形成される放射状の水膜流の数値解析" 数値流体力学シンポジウム講演論文集. 6. 393-394 (1992)
• [Publications] 八田 夏夫: "平板上を流れる水膜流の数値解析" CAMP-ISIJ. 5. 1546- (1992)
• [Publications] 八田 夏夫: "平板上を流れる水膜流の膜厚に対する表面粗さの影響" CAMP-ISIJ. 5. 1545- (1992)
• [Publications] 八田 夏夫: "水膜流の自由表面の数値解析" CAMP-ISIJ. 5. 1544- (1992)
• [Publications] 八田 夏夫: "水棒が平板に衝突して形成される水膜の流れ場" CAMP-ISIJ. 5. 506- (1992)
• [Publications] 八田 夏夫: "スリットラミナ流が平板に衝突したときの水膜の流れ場" CAMP-ISIJ. 5. 507- (1992)