Моделирование процесса движения жидкого металла в кристаллизаторе установки непрерывного литья стали

• Автор: Горнаков, Антон Игоревич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Комсомольск-на-Амуре
• Количество страниц: 128 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Г лава 1 Разливка стали в установке непрерывной разливки стали
1.1 Описание известных способов разливки стали в установке непрерывной разливки стали
1.2 Математические модели, используемые для исследования процесса разливки стали
1.3 Исследуемые способы разливки стали в установке непрерывной разливки стали
Глава 2 Построение математической модели процесса течения расплава в
кристаллизаторе
2 Л Постановка задачи
2.2 Общая численная схема решения задачи
2.2.1 Численная схема решения уравнений течения металла
2.2.2 Численная схема решения уравнений теплопроводности
2.2.3 Алгоритм решения задачи
Глава 3 Экспериментальное исследование течения расплава в кристаллизаторе установки непрерывной разливки стали
3.1 Описание методики исследования течения расплава
3.2 Описание установки для физического моделирования
течения расплава
Глава 4 Результаты математического и физического моделирования
4.1 Результаты численного моделирования
4.2 Результаты физического моделирования
4.2.1 Впрыскивание окрашивающей жидкости в выходные отверстия модели погружного стакана

4.2.2 Движение мелких частиц на поверхности моделирующей жидкости в модели кристаллизатора установки непрерывной разливки стали
4.2.3 Течение окрашенной жидкости в модели кристаллизатора установки непрерывной разливки стали в вертикальной плоскости.
4.3 Сравнение численного и физического экспериментов
Заключение
Список использованной литературы
Приложение

ВВЕДЕНИЕ
Важность влияния гидродинамических процессов происходящих в формирующемся стальном слитке установки непрерывной разливки стали отмечалась в работах А.Д. Акименко, Е.М. Китаева, В.И. Дождикова, В.М. Паршина, М.Я. Бровмана, Н.И. Шестакова, Д.А. Дюдкина, Л.Н. Сорокина, В.И. Лебедева, А.Л. Кузьминова, А.Н. Шичкова и др. Течение расплава влияет на температурное поле внутри заготовки, а значит на макро и микроструктуру конечного продукта, вместе с этим поток расплава оказывает еще один вид влияния - перемешивание жидкой фазы слитка. Исследования этого вопроса имеются в работах В.В. Стулова, В.Н. Гущина, А.Г. Кузьменко, В.Г. Грачева и др.
Наиболее известным методом управления потоками в целях повышения качества заготовки является электромагнитное перемешивание, основным недостатком данного метода является сложность обслуживания и значительное потребление электроэнергии. В ходе работ по исследованию новых способов подвода стали в установку непрерывной разливки стали профессором В.В. Стуловым предложен способ перемешивания, лишенный вышеуказанных недостатков. Способ перемешивания расплава заключается в применении разливочного стакана специальной конструкции. Данный способ успешно испытан на металлургических предприятиях.
В ходе работы по математическому моделированию процессов происходящих в кристаллизаторе установки непрерывной разливки стали В.В. Стуловым было предложено аналитическое решение задачи течения идеальной жидкости в двухмерном случае. Результаты диссертации дополняют эти исследования численными решениями трехмерной задачи с использованием более точной математической модели процесса.
Ввиду сложности процессов, происходящих в установке непрерывной разливки стали основным инструментом её исследования и оптимизации

где сг*- - нормальные напряжения <ти, заданные на поверхностях /Пограничными условиями, 1^ - количество элементов примыкающих к поверхностям /По-0 -1»2,3) .
Тогда вторую группу независимых переменных составят скорости уг1г (г = 1,2,3) число которых совпадает с числом уравнений (2.24).

Следующую группу уравнений по каждому элементу области составляют уравнения (15)
Н = <>1.)7 -(°22)Г -Ы(£п)Г -(^г)7) = 0,/ = 2,...,/3;
г/=(СТи/-(С7зз)/-2//((#п/-(^2)/) = 0,/ = 2,...,/4; (2.25)
где количество граней перпендикулярных соответственно
координатам х2, х3.
Последней группой независимых переменных будут скорости перемещений у2, у3 по внутренним граням элементов, а также т2|г* , сг22г* ,
' 2 (Т -1 2у
у3| * , сг3з| * , суммарное количество которых равно числу уравнений (2.25).
1 Зу 1 Зу
Таким образом, получаем следующее множество независимых переменных:

•'Иг,
,/ = 1,

°22|Г.

СТ33|Г.

(2.26)
где Гп,Г'г - поверхности, где заданы скорости перемещений V*; Гю,Г'а -поверхности, где заданы напряжения ои; (т’/.ст*. - скорости перемещения У] и
напряжения сг«, заданные граничными условиями на поверхностях Ги,Гіа;
ґі,ґ2 - число элементов, примыкающих к поверхности Г^,Гіа(і = 1,2,3); ґ3 ЇА -количество граней перпендикулярных соответственно координатам х2, х3.