钢铁材料是现代社会应用最为广泛的结构材料,钢铁产业发展至今,连铸技术一直是现代钢铁技术发展的核心。多年的实践证明,连铸技术的不断完善与优化已成为推进钢铁产业大型化和高速化、实现钢铁生产流程连续紧凑、优化钢铁产品质量的核心环节,也是流程向自动化、智能化方向发展的重要推动环节。在连铸生产工艺过程中,二冷区气雾射流冷却是其中的一个关键环节,二冷区的换热控制是保证连铸坯质量关键因素。连铸二冷区换热,要求尽快地将铸坯内部热量导出,在有限的条件下尽可能地提高拉速,同时保证铸坯质量。连铸二冷气雾射流的传热研究是连铸二冷换热研究的核心工作,本文针对现代连铸气雾射流冷却过程,建立了不同特征的高效连铸气雾射流传热实验平台。采用PIV、LDV和高速摄像机等现代流动显示设备对气雾射流特征主要参数(速度及粒径)进行深入分析,明确连铸二冷典型喷射条件下的气雾射流特征。基于传热反问题数学模型,研究铸坯表面热流的变化规律,建立气雾射流传热过程的局部沸腾曲线。通过气雾射流作用下的平板换热、圆柱体周期性换热和多喷嘴阵列换热三个方面的传热研究,探索高效连铸气雾冷却的传热机理。本文主要研究内容包括以下几个方面:(1)针对高效连铸二冷区气雾射流冷却规律和传热条件,自主设计并搭建了高效连铸气雾射流传热实验研究平台。该平台可研究气雾射流喷嘴的雾化特性,同时可实现静止高温表面和周期性换热条件下的过程仿真,另开发多喷嘴阵列式射流铸坯换热实验台,开展接近连铸现场条件下的气雾射流传热研究,不同实验台的搭建为本文研究后续的射流与传热特征,提供了有效及可靠的手段。(2)基于光学图像法成功识别气雾射流雾滴粒径,并验证了该方法的准确性和可靠性;使用PIV与LDV对气雾射流过程雾滴速度进行研究,揭示了气雾射流的雾滴特征,获得了气雾喷嘴雾化效果的准则方程,发现气雾射流速度具有自相似性,且对应工况下的雾滴粒径分布均匀;结合雾滴粒径、雾滴速度及水流密度的结果确定了实验喷嘴的典型操作条件。气雾射流特征研究为连铸二冷雾化喷嘴的设计和使用提供理论支持,同时为喷嘴形成的雾滴粒径的识别提供了有效的方法。(3)通过气雾冷却不同表面的传热实验研究,建立了气雾射流作用下的高温表面沸腾传热特性曲线,探索连铸二冷区温度范围内的传热规律。通过静止平板传热揭示气雾射流不同局部射流特征(雾滴速度与大小)下的传热规律,并拟合传热特征方程;通过空心圆柱体旋转而形成的周期性换热实验,再现了连铸二冷富有规律性的气雾射流冷却、强制对流冷却和空气辐射冷却循环交替的周期性换热特征,周期性的换热过程引起圆柱体表面周期性的回热,周期性的边界条件对内部温度影响集中在表层区域;基于典型板坯连铸二冷的喷嘴布置特点,开展阵列喷嘴喷雾射流换热实验获取了能够应用于连铸二冷控制的实验关联式。