淬火工艺是金属热处理工艺中核心的一项工作步骤,而风冷淬火相比传统的水冷淬火、油冷淬火和雾冷淬火具有明显的优势:冷却均匀稳定;淬火后工件不易发生较大变形;对工件表面不敏感;喷嘴不会堵塞;环保。风冷淬火系统中,喷嘴(或喷风头)是冷却装置中最关键的部件。随着拉瓦尔喷管的问世,使用压缩空气通过拉瓦尔式喷嘴,可以得到超音速气流,达到强化换热冷却的效果,为此国内学者对超音速喷嘴做了许多研究。对于风冷淬火中细长类和平板类工件,采用多个小口径圆形超音速喷嘴喷风时,无法避免喷嘴间外流场的相互耦合,很难实现工件表面均匀冷却,而使用矩形超音速喷嘴,可以减少喷嘴间的射流干涉,提高了射流表面流场均匀性。本课题组已经设计出双型线矩形超音速喷嘴,并通过研究分析发现该喷嘴具有内部流场均匀稳定无激波的优点。风冷淬火时,气体的流场是工件温度场的主要影响因素,因此本文利用该喷嘴,研究其外流场的冲击射流特性,具体研究内容及结果如下:单喷嘴、双喷嘴和三喷嘴外流场射流特性的研究。建立矩形超音速喷嘴冲击射流模型,利用FLUENT软件模拟在不同射流角度、射流高度和射流间距时的喷嘴冲击射流。以外流场射流特性,即冲击压力、湍动能、壁面剪切力和水平速度为指标,研究分析得出:单喷嘴时,射流冲击表面上的冲击压力与湍动能变化趋势相同,壁面剪切力与水平速度变化趋势相同;双喷嘴时,在倾斜射流的冲击表面上,右侧喷嘴流场射流特性降低,喷嘴间的射流干涉发生在靠近右侧喷嘴射流几何冲击点,并在该位置产生滞止区;三喷嘴时,射流角度对射流冲击表面冷却均匀性影响最大,其次是射流间距,最小是射流高度。当射流角度为45°、射流高度为60mm、射流间距为40mm时,射流冲击表面流场分布均匀,使用此工艺参数可以提高射流冲击表面的冷却均匀性。三喷嘴冲击射流PIV实验。为了对理论分析进行验证,运用粒子图像测速技术,对三个矩形超音速喷嘴垂直射流和倾斜射流的外流场进行测量和处理,得到其瞬时流场结构和平均流场分布,实验结果与模拟结果一致,表明理论分析是正确的,该研究对矩形超音速射流的应用具有重要的参考价值。