Магистерская диссертация на тему: Методы моделирования в металлургии. Эксперимент. Физическое моделирование

Введение

Нагревательные и термические печи являются основным технологическим звеном металлообрабатывающей, машиностроительной и других отраслей промышленности. Нагрев металла перед обработкой давлением или при термообработке металлических изделий является достаточно сложным процессом, при котором одновременно протекают явления, связанные с течением жидкости, тепло- и массообменном, химическими реакциями. В тоже время от правильного выбора технологического режима нагрева зависит качество получаемых изделий.

Эффективность проектирования и эксплуатации печей в значительной степени определяется уровнем наших знаний о происходящих в печи процессах и совершенством методов их расчета. При этом возникает необходимость понимания и исследования этих процессов для выбора наиболее безопасных и эффективных режимов работы нагревательной печи.

Информацию о происходящих в печи теплофизических процессах можно получить при проведении натурных или физических экспериментов, но в большинстве случаев такие опыты чрезмерно дороги и часто невозможны.

Альтернативой является теоретическое исследование с применением математического моделирования. Достоинствами теоретического исследования являются низкая стоимость, быстрота исследования, возможность получения значений всех переменных во всей исследуемой области, возможность моделирования как реальных, так и идеальных условий.

Детерминированные математические модели теплофизических процессов давно и широко применяются исследователями и проектировщиками для совершенствования конструкций и режимов работы промышленных печей.

Однако такие модели не удовлетворительны с точки зрения качества математического описания движения газов внутри печного пространства. Между тем, без такого описания невозможно с достаточной точностью описать процессы конвективного переноса тепла и массы, играющие важную роль в формировании поля температур и концентраций компонентов продуктов сгорания.

Современное развитие математического моделирования и компьютерных технологий привело к созданию мощных программно-вычислительных комплексов. Эти программные продукты позволяют успешно и с высокой точностью решать довольно сложные задачи вычислительной теплофизики и детально описывать все происходящие при этом процессы.

Применение современных ПВК достаточно часто встречается в практике зарубежных исследователей при совершенствовании и проектировании тепловых технологических агрегатов металлургической и других отраслей промышленности.

Одним из таких программно-вычислительных комплексов является FLUENT - продукт, предоставляемый компанией ANSYS Inc и обладающий широким набором моделей для расчета процессов гидрогазодинамики, тепло- и массообмена, горения.

В данной дипломной работе с помощью ПВК FLUENT проведено моделирование нагрева одной, двух, четырех заготовок в печи высокоточного нагрева

Оглавление

- Методы моделирования в металлургии

- Эксперимент

- Физическое моделирование

- Математическое моделирование

- Типы математических моделей

- Статистические модели

- Детерминированные модели

- Современная вычислительная гидрогазодинамика CFD

- Математическое моделирование в ПВК FLUENT Математическое моделирование нагрева металла в печи ВТН

- Постановка задачи и исходные данные

- Геометрия системы для трех вариантов загрузки печи

- Зависимости теплофизических характеристик от температуры

- Математическая постановка задачи Результаты моделирования

- Распределение температурного поля в различных сечениях рабочего пространства печи для трех вариантов загрузки

- Распределение температурного поля в различных сечениях заготовок для трех вариантов загрузки печи

- Распределение вектора скорости в рабочем пространстве печи для трех вариантов загрузки

- Распределение плотности теплового потока по поверхности заготовок для трех вариантов загрузки печи

- Распределение температурного поля по поверхности заготовок для трех вариантов загрузки печи

- Изменение температурного поля заготовок во времени для трех вариантов загрузки печи Выводы

- Список использованных источников

Список литературы

2 Марков Б. Л., Кирсанов А. А. Физическое моделирование в металлургии. - М.: Металлургия, 1984. - 119 с.

Крюков А. Ю., Потапов Б. Ф. Математическое моделирование процессов в машиностроении: Учебное пособие. - Пермь: ПГТУ, 2007. - 322с.

Зарубин В. С. Математическое моделирование в технике: Учебник для вузов. - М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2003. - 496 с.

Паничев В. В., Соловьев Н. А. Компьютерное моделирование: учебное пособие. - Оренбург: ГОУ ОГУ, 2008. - 130 с.

Трусов П. В. Введение в математическое моделирование: Учебное пособие. - М.: Логос, 2005. - 440 с.

Арутюнов В. А., Бухмиров В. В., Крупенников С. А. Математическое моделирование тепловой работы промышленных печей: Учебник для вузов. - М.: Металлургия, 1990. - 239 с.

8 ANSYS FLUENT 12.1 in Workbench User's guide// АНСИС. - URL: <http://www1.ansys.com/customer/content/documentation/121/fluent/flwb.pdf> (дата обращения 4.06.12)

9 ANSYS FLUENT// CAE-эксперт. - URL: <http://www.cae-expert.ru/product/ansys-fluent> (дата обращения 7.06.12)