Математическое моделирование тепломассообменных процессов в металлургических агрегатах на основе объектно-ориентированной технологии

• Автор: Калашников, Сергей Николаевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Новокузнецк
• Количество страниц: 330 с. : ил

1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ И ИСХОДНЫЕ ПРЕДПОСЫЛКИ

1.1 Системное представление и компоненты технологии математического моделирования

1.2 Характеристика процессов тепломассообмена в металлургических агрегатах и анализ их математических моделей.

1.2.1 Модели тепломассообмена в дисперсных системах

1.2.2 Модели тепломассообмена при наличии фазовых превращений

1.2.3 Модели тепломассообмена в некоторых металлургических процессах

1.3 Аналитические и численные методы решения задач моделирования тепломассообменных процессов
1.4 Объектноориентированные декомпозиция, анализ и проектирование в современных информационных технологиях

1.5 Постановка задачи.

2. РАЗРАБОТКА ОБЪЕКТНООРИЕНТИРОВАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ И МЕТОДОВ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ.

2.1 Разработка объектноориентированной технологии

математического моделирования тепломассообменных процессов.
2.1.1 Структура и компоненты объектноориентированной технологии математического моделирования.
2.1.2 Объектноориентированная декомпозиция задач моделирования тепломассообменных процессов.
2.2 Разработка методики аналитического описания процессов тепломассообмена с зарождением новой фазы.
2.3 Разработка, обоснование и тестирование численноаналитического метода обращения интегрального преобразования Фурье
2.4 Алгоритмические основы построения комплекса Ехсеприложений
Выводы по главе 2.
3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ В ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМАХ В СТРУЙНОЭМУЛЬСИОННОМ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМ АГРЕГАТЕ
3.1 Характеристика струйноэмульсионного агрегата и процесса непрерывного получения металла
3.2 Физическая постановка задачи
3.3 Разработка основ математического описания процессов в струйном реакторсосцилляторс
3.4 Разработка математической модели тепломассообменных процессов в дисперсных системах
ф. 3.5 Математическое моделирование пульсирующего режима
процесса образования газовой фазы
3.6 Математическое моделирование пространственновременной
структуры в эмульсионной системе.
Выводы по главе
4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛООБМЕНА СТРУЙНОЭМУЛЬСИОННОГО МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО АГРЕГАТА С ВНЕШНЕЙ СРЕДОЙ.
4.1 Математическое моделирование теплообмена первого агрегата при разных способах охлаждения.
4.2 Математическое моделирование теплообмена элементов конструкции агрегата со сложной геометрией.
4.3 Математическое моделирование теплообмена эмульсионного реактора колонного типа при гарнисажном охлаждении.
4.4 Моделирование процесса теплообмена при локализованном
ф тепловом воздействии.
Выводы по главе
5. МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕКОТОРЫХ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОМАССООБМЕНА В СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЯХ
5.1 Математическое моделирование конвективного
тепломассообмена в сталеразливочном ковше
5.2 Математическое моделирование конвективного теплообмена при электрошлаковой наплавке.
Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


В краевые условия задачи входят теплофизические свойства жидкости и пара ра Ца, пару сг, аС р р,, параметры насыщения рае, Тнас температурный напор АТ Тст Тнас или плотность теплового потока д, характеристика геометрии системы и скорость течения жидкости иге если движение вынужденное. МгрМг

1. Теплообмен при затвердевании металла. Затвердевание расплава или плавления тела характеризуется перемещением границы раздела фаз и выделением поглощением тепла на межфазной поверхности. Точные решения задач такого типа возможны только для немногих, наиболее простых случаев. Задачи такого типа получили название задач Стефана . При исследовании затвердевания металла задача имеет следующую формулировку. Полуограинченный объем расплава имеет начальную температуру Тнач. В момент времени 0 температура на поверхности объема мгновенно падает до Г,, меньшей, чем температура кристаллизации Ткр. Требуется определить распределение температур в твердой и жидкой фазах и закон перемещения плоского фронта затвердевания . При рассмотрении задачи допущено, что плотность твердой и жидкой фаз р р2 р перенос тепла в жидкой фазе осуществляется только теплопроводностью , теплофизические параметры не зависят от температуры. Последнее уравнение характеризует баланс тепла на фронте затвердевания с учетом теплоты, выделяемой при кристаллизации металла. При достаточно большой величине решение дифференциальных уравнений 1. Гг функция или интеграл ошибок. Плавление твердого материала в расплаве. В металлургической практике часто встречаются случаи подачи в жидкую ванну твердого материала лома, раскислителя, легирующих добавок и т. Взаимодействие жидкой и твердой фаз может происходить как при протекании, так и без химической реакции, но на поверхности раздела фаз всегда имеют место фазовые превращения плавление и затвердевание. Переход твердого тела в расплав является сложным многостадийным процессом. Первый период тепловой период нагрева тела в расплаве. Математическая формулировка задачи прогрева твердого тела в жидкой ванне в условии образования на межфазной поверхности слоя затвердевшего расплава с его последующим плавлением сводится к системе следующих уравнений. А В, егфг
1. Х,У 1 и0, 0хя0. Граничные условия
1. В приведенных соотношениях 7, Г и 7г температура соответственно тела твердой фазы, затвердевшего слоя в расплава жидкой фазы 7 аТ2 Гр плотность теплового потока от жидкой фазы к межфазной поверхности а коэффициент теплоотдачи толщина затвердевшего слоя До размер тела полутолщина для пластины, радиус для цилиндра и шара п коэффициент формы, равный 0 для пластины, 1 для цилиндра и 2 для шара. Первое уравнение в граничных условиях 1. Третье уравнение характеризует тепловые условия на поверхности затвердевшего слоя с учетом поглощения выделения тепла при фазовом превращении. Четвертое и пятое уравнения свидетельствуют о равенстве соответственно температур и тепловых потоков. Следующий период переход материала в жидкое состояние. В зависимости от содержания углерода в железоуглеродистом расплаве и температуры последнего меняется механизм перехода тугоплавкого материала в расплав при высоком содержании углерода и низкой температуре преобладает
механизм диффузионного плавления понижение содержания углерода и повышение температуры расплава приводит к усилению действия механизма прямого перехода атомов железа из твердой фазы в жидкую растворения. Одновременно с науглероживанием продолжается прогрев тела, описываемый уравнением 1. О х . Гд
и начальными условиями, определяемыми распределением температуры в теле в момент окончания теплового периода, где Яо начальный размер тела, остальные обозначения те же, что и ранее. За переходной стадией следует стадия диффузионного плавления, для описания которой используют уравнение диффузии 1. Л0 Я, К текущий размер тела и уравнение теплопроводности 1. ТпсСОЛТ2р1
где V скорость плавления тела. Первое уравнение системы 1. Второе и третье уравнения системы 1. СсоАТл и доуглероживание расплавляющего слоя до СликТк. Тепломассообмен при внепечном рафинировании металла. Внепечное рафинирование является действенным средством повышения качества металла и увеличения производительности плавильных агрегатов.