多模式磁场电磁搅拌器磁流耦合数值模拟及工艺参数优化
发布时间：2023-01-08 14:09
电磁搅拌（Electromagnetic Stirring;EMS）技术广泛应用于连铸生产中。电磁搅拌是电磁电器激发的交变磁场渗透到钢水中,在其中感生起感应电流,该感应电流与当地磁场相互作用,产生洛伦兹力带动钢水运动。电磁搅拌技术是把电磁搅拌器与铸坯作为一个整体来考虑,其分类也必须涉及电磁搅拌器本身以及与铸坯相关联的搅拌器的安装位置和铸坯内钢水的流动形态。本课题选取了一种,多模式磁场坩埚电磁搅拌器,该电磁搅拌器是针对科研院校的研究实验要求,由高校与电磁搅拌器制造厂商共同研制。本论文以多模式磁场坩埚电磁搅拌器为研究对象,利用Ansoft Maxwell软件建立电磁搅拌器的电磁场数值分析模型,求解获得各模式磁场电磁搅拌过程中坩埚内电磁场分布规律以及各项工艺参数对电磁场的影响。在各类磁场型电磁搅拌作用下,磁场分布各具特征,可对不同类型的铸坯产生相应的冶金效果。通过改变电磁搅拌的各项工艺参数,可调节磁场的大小和形态。利用Fluent软件建立电磁搅拌器内坩埚以及金属熔体的流场计算模型,从电磁场模拟结果中导出X、Y、Z各向磁感应强度以及各节点的位置信息,利用自编MATLAB程序,转化出“mag”格...
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 电磁搅拌冶金技术的发展概论
1.1.1 国外电磁搅拌技术发展概况
1.1.2 我国电磁搅拌技术发展概况
1.2 电磁搅拌的类别及特性
1.2.1 按使用的激励电源分类
1.2.2 按激发的磁场形态分类
1.2.3 按激发磁场的电源相数和频率分类
1.3 电磁搅拌的数值模拟概论
1.3.1 磁流体力学概论
1.3.2 电磁搅拌数值模拟概论
1.4 本论文的研究目的意义与主要内容
第二章 多模式磁场电磁搅拌器原理及设计
2.1 电磁搅拌器的磁场激发原理
2.2 多模式磁场电磁搅拌实验设备设计
2.3 多模式磁场电磁搅拌实验设备结构
2.3.1 电磁搅拌器本体
2.3.2 电磁搅拌器控制系统
2.3.3 电磁搅拌器冷却水系统
2.4 本章小结
第三章 电磁搅拌器电磁场数值模拟
3.1 电磁场数学模型
3.1.1 基本假设
3.1.2 麦克斯韦方程组
3.1.3 本构关系
3.2 电磁场有限元模型的建立
3.2.1 ANSYS Maxwell软件简介
3.2.2 几何模型的建立
3.2.3 物性参数的选择
3.2.4 网格划分
3.2.5 施加边界条件以及激励
3.2.6 求解及后处理
3.3 磁场数值模拟结果与分析
3.3.1 各磁场的作用下电磁搅拌器内磁场分布特征
3.3.2 工艺参数对磁感应强度分布的影响
3.3.3 工艺参数对电磁力分布的影响
3.3.4 网格划分
3.4 数值模拟与实测结果的比较
3.5 本章小结
第四章 电磁搅拌器流场数值模拟
4.1 流场的数学模型
4.1.1 基本假设
4.1.2 磁流体力学模型
4.2 坩埚内流体模型的建立
4.2.1 ANSYS Fluent软件简介
4.2.2 电磁搅拌作用下电磁场与流场耦合
4.2.3 流场的有限元模型
4.3 各模式磁场电磁搅拌流场计算结果与分析
4.3.1 各模式磁场作用对坩埚内流场分布的影响
4.3.2 工艺参数对坩埚内流体的影响
4.4 本章小结
第五章 多模式磁场电磁搅拌器工艺参数的优化试验
5.1 各模式磁场电磁搅拌对圆坯质量的影响
5.1.1 合金材料的制备
5.1.2 金相组织的分析
5.2 多模式磁场电磁搅拌工艺参数范围的选择
5.2.1 磁场模式的选择
5.2.2 工艺参数的选择
5.3 本章小结
结语
结论
展望
参考文献
攻读学位期间主要的研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]二冷辊式电磁搅拌对高强钢低倍组织与性能的影响[J]. 谢世正,肖爱达,聂嫦平,周剑丰,隋亚飞,刘彭. 连铸. 2020(01)
[2]控冷环缝电磁搅拌对Al-Zn-Mg-Cu合金初生Al3Zr相及组织的影响[J]. 关天洋,张志峰,徐永涛,白月龙,王平. 特种铸造及有色合金. 2020(01)
[3]电磁搅拌工艺对模具钢组织和性能的影响[J]. 李新亮. 宽厚板. 2019(06)
[4]Φ380 mm 40Cr钢连铸圆坯结晶器电磁搅拌器电流参数优化[J]. 张洪才,林鹏,许正周,印传磊,翟万里,许光乐. 炼钢. 2019(06)
[5]360 mm×450 mm大方坯电磁搅拌强度对齿轮钢碳元素均质性的影响与控制研究[J]. 李红光. 钢铁钒钛. 2019(01)
[6]电磁搅拌器磁场形态研究及选择[J]. 王亚非,贾华,袁日栋. 铸造技术. 2018(07)
[7]凝固末端电磁搅拌位置优化及其对高碳钢连铸圆坯内部质量的影响[J]. 吉光,高秀华,张洪才,郑力宁,王子健,杨跃. 热加工工艺. 2018(09)
[8]凝固末端电磁搅拌技术的应用与实践[J]. 杨军. 甘肃冶金. 2017(06)
[9]结晶器内磁感应强度分布研究[J]. 马忠存,熊洪进,郭鑫. 黑龙江冶金. 2015(05)
[10]Effects of Steel Teeming in New Slide Gate System with Electromagnetic Induction[J]. Qiang WANG,De-jun LI,Xing-an LIU,Xue-bin WANG,Jie DONG,Ji-cheng HE. Journal of Iron and Steel Research（International）. 2015(01)
博士论文
[1]高强铝合金大体积熔体复合环缝式电磁搅拌处理方法及应用研究[D]. 何敏.北京科技大学 2019
[2]不可压MHD方程组及其相关模型适定性和渐近极限研究[D]. 吴忠林.北京工业大学 2015
[3]螺旋磁场搅拌对合金内在质量影响的模拟与实验研究[D]. 赵倩.大连理工大学 2013
[4]连铸电磁搅拌结晶器内钢液流动的数值模拟与实验研究[D]. 张静.东北大学 2011
[5]圆坯连铸结晶器电磁搅拌过程数学模拟与实验研究[D]. 吴扣根.上海大学 2001
硕士论文
[1]圆坯连铸电磁搅拌的模拟与工艺研究[D]. 陈伟.东北大学 2014
[2]5A02铝合金板材磁脉冲成形流动规律研究[D]. 韩玉杰.哈尔滨工业大学 2013
[3]多层桨在假塑性流体中的混合特性研究[D]. 胡凡金.山东大学 2012
[4]本土中小型EMS企业经营战略的研究[D]. 鲁子明.上海交通大学 2009
[5]基于有限元法的盘式无铁心永磁同步电动机的参数计算[D]. 张晓文.天津大学 2007
[6]电磁场作用下定向凝固过程流动、传热、传质的耦合数值模拟[D]. 龚锋.西北工业大学 2006
本文编号：3728616
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 电磁搅拌冶金技术的发展概论
1.1.1 国外电磁搅拌技术发展概况
1.1.2 我国电磁搅拌技术发展概况
1.2 电磁搅拌的类别及特性
1.2.1 按使用的激励电源分类
1.2.2 按激发的磁场形态分类
1.2.3 按激发磁场的电源相数和频率分类
1.3 电磁搅拌的数值模拟概论
1.3.1 磁流体力学概论
1.3.2 电磁搅拌数值模拟概论
1.4 本论文的研究目的意义与主要内容
第二章 多模式磁场电磁搅拌器原理及设计
2.1 电磁搅拌器的磁场激发原理
2.2 多模式磁场电磁搅拌实验设备设计
2.3 多模式磁场电磁搅拌实验设备结构
2.3.1 电磁搅拌器本体
2.3.2 电磁搅拌器控制系统
2.3.3 电磁搅拌器冷却水系统
2.4 本章小结
第三章 电磁搅拌器电磁场数值模拟
3.1 电磁场数学模型
3.1.1 基本假设
3.1.2 麦克斯韦方程组
3.1.3 本构关系
3.2 电磁场有限元模型的建立
3.2.1 ANSYS Maxwell软件简介
3.2.2 几何模型的建立
3.2.3 物性参数的选择
3.2.4 网格划分
3.2.5 施加边界条件以及激励
3.2.6 求解及后处理
3.3 磁场数值模拟结果与分析
3.3.1 各磁场的作用下电磁搅拌器内磁场分布特征
3.3.2 工艺参数对磁感应强度分布的影响
3.3.3 工艺参数对电磁力分布的影响
3.3.4 网格划分
3.4 数值模拟与实测结果的比较
3.5 本章小结
第四章 电磁搅拌器流场数值模拟
4.1 流场的数学模型
4.1.1 基本假设
4.1.2 磁流体力学模型
4.2 坩埚内流体模型的建立
4.2.1 ANSYS Fluent软件简介
4.2.2 电磁搅拌作用下电磁场与流场耦合
4.2.3 流场的有限元模型
4.3 各模式磁场电磁搅拌流场计算结果与分析
4.3.1 各模式磁场作用对坩埚内流场分布的影响
4.3.2 工艺参数对坩埚内流体的影响
4.4 本章小结
第五章 多模式磁场电磁搅拌器工艺参数的优化试验
5.1 各模式磁场电磁搅拌对圆坯质量的影响
5.1.1 合金材料的制备
5.1.2 金相组织的分析
5.2 多模式磁场电磁搅拌工艺参数范围的选择
5.2.1 磁场模式的选择
5.2.2 工艺参数的选择
5.3 本章小结
结语
结论
展望
参考文献
攻读学位期间主要的研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]二冷辊式电磁搅拌对高强钢低倍组织与性能的影响[J]. 谢世正,肖爱达,聂嫦平,周剑丰,隋亚飞,刘彭. 连铸. 2020(01)
[2]控冷环缝电磁搅拌对Al-Zn-Mg-Cu合金初生Al3Zr相及组织的影响[J]. 关天洋,张志峰,徐永涛,白月龙,王平. 特种铸造及有色合金. 2020(01)
[3]电磁搅拌工艺对模具钢组织和性能的影响[J]. 李新亮. 宽厚板. 2019(06)
[4]Φ380 mm 40Cr钢连铸圆坯结晶器电磁搅拌器电流参数优化[J]. 张洪才,林鹏,许正周,印传磊,翟万里,许光乐. 炼钢. 2019(06)
[5]360 mm×450 mm大方坯电磁搅拌强度对齿轮钢碳元素均质性的影响与控制研究[J]. 李红光. 钢铁钒钛. 2019(01)
[6]电磁搅拌器磁场形态研究及选择[J]. 王亚非,贾华,袁日栋. 铸造技术. 2018(07)
[7]凝固末端电磁搅拌位置优化及其对高碳钢连铸圆坯内部质量的影响[J]. 吉光,高秀华,张洪才,郑力宁,王子健,杨跃. 热加工工艺. 2018(09)
[8]凝固末端电磁搅拌技术的应用与实践[J]. 杨军. 甘肃冶金. 2017(06)
[9]结晶器内磁感应强度分布研究[J]. 马忠存,熊洪进,郭鑫. 黑龙江冶金. 2015(05)
[10]Effects of Steel Teeming in New Slide Gate System with Electromagnetic Induction[J]. Qiang WANG,De-jun LI,Xing-an LIU,Xue-bin WANG,Jie DONG,Ji-cheng HE. Journal of Iron and Steel Research（International）. 2015(01)
博士论文
[1]高强铝合金大体积熔体复合环缝式电磁搅拌处理方法及应用研究[D]. 何敏.北京科技大学 2019
[2]不可压MHD方程组及其相关模型适定性和渐近极限研究[D]. 吴忠林.北京工业大学 2015
[3]螺旋磁场搅拌对合金内在质量影响的模拟与实验研究[D]. 赵倩.大连理工大学 2013
[4]连铸电磁搅拌结晶器内钢液流动的数值模拟与实验研究[D]. 张静.东北大学 2011
[5]圆坯连铸结晶器电磁搅拌过程数学模拟与实验研究[D]. 吴扣根.上海大学 2001
硕士论文
[1]圆坯连铸电磁搅拌的模拟与工艺研究[D]. 陈伟.东北大学 2014
[2]5A02铝合金板材磁脉冲成形流动规律研究[D]. 韩玉杰.哈尔滨工业大学 2013
[3]多层桨在假塑性流体中的混合特性研究[D]. 胡凡金.山东大学 2012
[4]本土中小型EMS企业经营战略的研究[D]. 鲁子明.上海交通大学 2009
[5]基于有限元法的盘式无铁心永磁同步电动机的参数计算[D]. 张晓文.天津大学 2007
[6]电磁场作用下定向凝固过程流动、传热、传质的耦合数值模拟[D]. 龚锋.西北工业大学 2006
本文编号：3728616
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/yjlw/3728616.html
