特厚矩型坯结晶器流场与温度场模拟及锥度计算

发布时间：2017-10-18 07:09

  本文关键词：特厚矩型坯结晶器流场与温度场模拟及锥度计算

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【摘要】：结晶器是连铸机的核心部件,其锥度合理与否对铸坯质量有着至关重要的影响。合理的锥度有助于连铸拉速的提高,防止拉漏的产生,提升铸坯质量以及延长结晶器使用寿命。国内特大断面的矩型坯锥度研究很少,设计研究方法还在探索当中,因此对特厚矩型坯锥度研究是很有必要的。本文就尺寸为1500mm×750mm的特厚矩型坯锥度进行研究,主要是利用数值模拟方法,通过有限元软件FLUENT与ANSYS的相关结合,对所研究的坯形进行流固耦合与热力耦合模拟,最终得出结晶器锥度分布,期望能为以后对特厚矩型坯结晶器相关技术的研究提供一定的理论参考。首先建立三维铸坯1/4模型,利用FLUENT有限元软件模拟铸坯的流场,为下一步流固耦合模拟分析作参考。其次利用建立的三维1/4模型,利用FLUENT有限元软件对铸坯进行流固耦合模拟,分析铸坯的流场对温度场和凝固的影响,得出在不同拉速的温度场和凝固,为铸坯热力耦合模拟提供合理的温度场条件。最后通过有限元ANSYS建立铸坯的三维1/4模型,导入利用软件FLUENT模拟所得三维铸坯温度场进行热力耦合模拟,得出铸坯的收缩曲线,通过曲线分析得出该坯形的结晶器内腔锥度为多锥度抛物线形式,利用模拟的结果得出1500mm×750mm矩型坯的宽窄面中心参考设计锥度,发现坯壳表面中心上部收缩曲线有上下起伏,并且宽面收缩曲线上下起伏段更长。
【关键词】：特厚矩型坯 结晶器 锥度 流固耦合 凝固收缩
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG233.6
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 结晶器概述11
• 1.2 结晶器的内腔形状（锥度）11-15
• 1.2.1 设置结晶器锥度的原因11-13
• 1.2.2 结晶器锥度种类13-15
• 1.3 连铸过程的模拟方法15-16
• 1.4 国内外研究现状16-17
• 1.4.1 流场与温度场研究现状16
• 1.4.2 结晶器锥度的研究现状16-17
• 1.5 本文研究的内容及意义17-19
• 1.5.1 研究对象17
• 1.5.2 研究过程17-18
• 1.5.3 研究的意义18-19
• 第2章 结晶器的传热机理与数学模型的建立19-35
• 2.1 钢液的凝固传热过程19-24
• 2.1.1 结晶器内钢液的传热过程19
• 2.1.2 结晶器热量传递过程19-24
• 2.1.3 结晶器内部钢液冷却收缩24
• 2.2 结晶器内钢液凝固传热的数学模型24-26
• 2.2.1 建立钢液凝固传热模型的主要方法24-25
• 2.2.2 采用的主要凝固传热模型25-26
• 2.3 连铸结晶器基本参数确定26-30
• 2.3.1 结晶器内钢水凝固热量的释放26-28
• 2.3.2 拉坯速度的确定28-29
• 2.3.3 结晶器的长度及有限元模型计算长度29-30
• 2.4 浸入式水口的设计30-33
• 2.5 结晶器内钢液流动方式的判定33-34
• 2.6 本章小结34-35
• 第3章 矩型坯热流密度计算及模拟参数的确定35-56
• 3.1 结晶器热流密度计算35-43
• 3.1.1 热流密度表达形式35-37
• 3.1.2 铸坯相关参数的计算37-39
• 3.1.3 结晶器铜板参数确定39-41
• 3.1.4 热流密度求解41-43
• 3.2 结晶器内流场温度场耦合模型的建立条件43-48
• 3.2.1 模型建立的基本架设43-44
• 3.2.2 数学模型的基本控制方程44-45
• 3.2.3 耦合边界条件和初始化45-46
• 3.2.4 流固耦合模型两相区传热处理46-47
• 3.2.5 两相区多孔介质的处理47-48
• 3.3 有限元模型建立及数据检验48-54
• 3.3.1 铸坯流固耦合有限元模型48-49
• 3.3.2 水口侧孔数据模拟对比49-54
• 3.4 本章小结54-56
• 第4章 结晶器内流固耦合模拟过程及分析56-73
• 4.1 流场和凝固场耦合计算条件56-57
• 4.1.1 流固耦合计算方法56
• 4.1.2 流固耦合的计算模型56-57
• 4.1.3 凝固坯壳的处理方法57
• 4.2 流固耦合模型建立和模拟参数57-58
• 4.3 耦合模拟结果与分析58-72
• 4.3.1 纯流场与流固耦合流场比较58-61
• 4.3.2 拉速 0.2m/min下的温度场分析61-64
• 4.3.3 拉速为 0.2m/min下凝固分析64-67
• 4.3.4 结晶器凝固传热在不同拉速下的对比67-72
• 4.4 本章小结72-73
• 第5章 结晶器锥度计算73-86
• 5.1 铸坯热力耦合模型73-77
• 5.1.1 模型的简化和假设73-74
• 5.1.2 三维耦合模型建立74
• 5.1.3 模型基本方程及物理参数74-77
• 5.2 模拟结果与分析77-81
• 5.2.1 拉速 0.2m/min下变形分析77-79
• 5.2.2 不同拉速下铸坯收缩变形量比较79-81
• 5.3 结晶器锥度分析81-84
• 5.3.1 锥度设计原则81
• 5.3.2 结晶器锥度设计81-84
• 5.4 本章小结84-86
• 结论86-88
• 参考文献88-91
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果91-92
• 致谢92-93
• 附录 铸坯壁面热流密度UDF程序93-94

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本文编号：1053627