方坯中金属熔体运动电磁力控制的研究

论文摘要

电磁连铸是建立在电磁流体力学基础上,并与冶金工程相结合的先进材料加工方法,在材料加工领域中得到了越来越广泛的应用。对高速连铸中的金属熔体进行电磁控制是电磁连铸过程的关键技术之一。研究电磁场对金属熔体流动的控制作用可以显著提高、改善铸坯的质量。开发新的综合电磁手段是提高连铸科技含量、质量和效率的重要方面。 基于描述电磁场规律的麦克斯韦尔方程、描述流速场的纳维尔-斯托克斯方程和能量方程,采用一定的数值计算方法进行模拟,可以对一、二、三极对电磁驱动器中产生的电磁力场以及相应的流体速度场进行分析。 本文根据麦克斯韦尔方程得到了电磁力的解析形式,应用纳维尔-斯托克斯方程和能量方程描述了金属熔体的速度场,并应用有限元软件 ANSYS来进行数值模拟。建立了一、二、三极对电磁驱动器数值模型,模拟了三种情形下电磁驱动器内的电磁力分布和方坯中金属熔体在该电磁力场作用下的速度场。通过对各电磁力场的数值模拟,给出了典型路径上电磁力的分布情况,得到了电磁力对金属熔体流动具有控制作用的结论;通过对该电磁力场作用下流体速度场的数值模拟,给出了典型路径上金属熔体速度分布情况,得到了流动速度减小的直观结论;通过对选取节点上的数据进行比较,得出了金属熔体速度值减小的基本结论。根据以上分析说明电磁场对金属熔体流动具有较好的控制作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 连续铸造的发展历史
• 1.2 电磁铸造的发展
• 1.3 电磁控制技术的发展概况
• 1.4 本文研究的目的和各章概要
• 第2章 电磁场对流场控制的基础理论
• 2.1 引言
• 2.2 电磁场基本理论
• 2.2.1 描述电磁场的一些基本参数
• 2.2.2 旋转电磁场的麦克斯韦尔方程组
• 2.2.3 旋转电磁场电磁力的理论解析
• 2.2.4 电磁场的数值模拟
• 2.3 流体流动的基本理论
• 2.3.1 流体运动的描述方法
• 2.3.2 通用微分方程
• 2.3.3 控制微分方程
• 2.3.4 流场数值模拟的原理和方法
• 2.4 本章小结
• 第3章 一极对驱动器对金属熔体流动的控制
• 3.1 引言
• 3.2 课题所用软件ANSYS 的介绍
• 3.3 一极对电磁驱动器对流体控制的数值模拟
• 3.3.1 一极对电磁驱动器的数值模型
• 3.3.2 一极对电磁驱动器中电磁力场的数值模拟
• 3.3.3 电磁力场作用下流体速度场的数值模拟
• 3.4 本章小结
• 第4章 二极对驱动器对金属熔体流动的控制
• 4.1 引言
• 4.2 二极对驱动器对金属液流动控制的数值模拟
• 4.2.1 二极对电磁驱动器的数值模型
• 4.2.2 二极对电磁驱动器中电磁力场的数值模拟
• 4.2.3 电磁力场作用下流体速度场的数值模拟
• 4.3 本章小结
• 第5章 三极对驱动器对金属熔体流动的控制
• 5.1 引言
• 5.2 三极对驱动器对金属液流动控制的ANSYS 模拟
• 5.2.1 三极对电磁驱动器的数值模型
• 5.2.2 三极对电磁驱动器中电磁力场的数值模拟
• 5.2.3 电磁力场作用下流体速度场的数值模拟
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 个人简介