电磁搅拌作用下结晶器内多物理场耦合数值模拟研究

发布时间：2017-09-04 03:20

  本文关键词：电磁搅拌作用下结晶器内多物理场耦合数值模拟研究

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【摘要】：结晶器电磁搅拌技术在控制铸坯凝固过程、改善凝固组织、提高铸坯质量等领域的作用已被广泛关注。因此,系统研究电磁搅拌作用下结晶器内磁场、流场、温度场有助于更深入的了解连铸机理,对优化连铸生产工艺具有重要意义。本文以某厂圆坯连铸结晶器电磁搅拌为研究对象,以麦克斯韦方程组为基础建立了连铸电磁搅拌过程中的电磁场数学模型;以流体力学和传热学为基础,建立了圆铸坯结晶器内钢液流场、温度场相互耦合的数学模型。采用有限元数值模拟软件对结晶器内磁场数值模拟,分析了其分布规律,进一步分析了电流强度、电流频率等搅拌参数对磁场的影响。采用顺序耦合方法,将电磁场模拟得到的电磁力以体载荷的方式耦合到流场和温度场分析中,计算了电磁搅拌作用下结晶器内多物理场的耦合情况,并分析了改变搅拌工艺参数时,结晶器内磁场、流场和温度场的分布规律。综合考虑,确定合理的电磁搅拌参数。具体内容如下:系统分析了磁感应强度和电磁力在结晶器内的分布规律,磁感应强度和电磁力随着电流强度的增大而增大,电磁力随着频率的增大而增大。有无电磁搅拌结晶器内钢液的流动和传热状态明显不同。电磁搅拌作用下,结晶器内钢液回流现象明显,钢液浸入深度变浅,热区位置上移,铸坯纵向温度分布趋于平坦。改变电流强度和电流频率等搅拌参数时,结晶器内钢液流场和温度场分布状态发生改变。通过分析数值模拟结果,对于本文所研究的圆坯连铸结晶器电磁搅拌,选择搅拌参数为电流强度为380A,频率为4Hz。
【关键词】：电磁搅拌 电磁场 流场 温度场 耦合模拟
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG249.7
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 国内外连铸技术发展概况9-11
• 1.1.1 国外连铸技术发展简要概述9-10
• 1.1.2 国内连铸发展简介10-11
• 1.2 计算流体力学11-13
• 1.2.1 CFD在冶金中的应用11
• 1.2.2 磁流体力学发展简介11-13
• 1.3 电磁搅拌技术13-16
• 1.3.1 电磁搅拌技术的发展13-14
• 1.3.2 连铸电磁搅拌类型14-16
• 1.4 电磁搅拌在连铸过程中的作用16-17
• 1.4.1 减轻铸坯表面和皮下气孔16
• 1.4.2 改善铸坯表面质量16
• 1.4.3 提高铸坯的清洁度16-17
• 1.5 影响电磁搅拌效果因素17
• 1.6 选题背景和研究主要内容17-19
• 1.6.1 选题背景和意义17-18
• 1.6.2 研究主要内容18-19
• 第2章 电磁搅拌作用下结晶器内磁场模拟19-36
• 2.1 旋转磁场的产生19-20
• 2.2 电磁场数学模型20-24
• 2.2.1 电磁场控制方程21-22
• 2.2.2 计算软件简介22-24
• 2.3 电磁场有限元模型建立24-25
• 2.4 磁场分析初始条件和边界条件25-26
• 2.4.1 初始条件25-26
• 2.4.2 边界条件26
• 2.5 磁场结果分析26-35
• 2.5.1 电磁搅拌作用下结晶器内电磁场分布26-29
• 2.5.2 电流强度对磁场的影响29-32
• 2.5.3 频率对磁场的影响32-35
• 2.6 本章小结35-36
• 第3章 结晶器内多物理场耦合数值模拟36-48
• 3.1 无电磁搅拌结晶器内流场、温度场数学模型36-41
• 3.1.1 模型假设36
• 3.1.2 流动控制方程36-38
• 3.1.3 结晶器传热38-40
• 3.1.4 连铸传热控制方程40-41
• 3.2 连铸结晶器内传热流动耦合有限元模型41-42
• 3.3 计算过程中物性参数选取42-43
• 3.3.1 密度42
• 3.3.2 比热容42
• 3.3.3 导热系数42
• 3.3.4 固液相线温度42-43
• 3.4 电磁搅拌过程中耦合模型43-45
• 3.5 模拟计算流程图45
• 3.6 初始条件和边界条件45-46
• 3.6.1 水.入45-46
• 3.6.2 结晶器自由液面46
• 3.6.3 结晶器壁面46
• 3.6.4 出46
• 3.7 本章小结46-48
• 第4章 结晶器内钢液多物理场耦合模拟结果分析48-60
• 4.1 有无电磁搅拌结晶器内流场分布48-50
• 4.2 有无电磁搅拌结晶器内温度场分布50-52
• 4.3 电流强度对结晶器内流场和温度场分布影响52-56
• 4.3.1 电流强度对流场分布影响52-55
• 4.3.2 电流强度对温度场分布影响55-56
• 4.4 电流频率对结晶器内流场和温度分布影响56-58
• 4.4.1 电流频率对结晶器内流场分布影响56-57
• 4.4.2 搅拌频率对温度分布影响57-58
• 4.5 合理搅拌参数的选择58-59
• 4.7 本章小结59-60
• 结论60-61
• 参考文献61-65
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果65-66
• 致谢66-67
• 作者简介67

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

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本文编号：789051