120T电渣炉支臂的复合换热温度场的研究

论文摘要

随着国民经济,工业设备大型化及现代尖端技术的发展,对金属材料品种和高质量的大型毛坯的需求日趋增大,对金属材料提出了更苛刻的要求,一般冶金方法很难满足,在此背景下,电渣冶金技术正好应运而生。电渣重熔是金属的二次冶炼,在初炼的基础上进一步提纯钢、金属和改善钢锭的结晶组织,从而获得高质量的金属产品。电渣炉是用于电渣冶金的一种特殊冶炼设备,电渣炉机械系统处于复杂的热效应作用下,对电渣炉机械结构进行热分析对电渣炉的设计具有实际指导意义。本论文以120吨电渣炉机械系统为研究背景,在查阅了大量相关文献的基础上综述了电渣炉机械系统的结构、功能及其发展现状,分析了电渣炉支臂的复合换热过程,进行了复合换热的相关数值的计算工作,建立了一个由支臂-渣池-空气体五个分析单元组成的基于Workbench/CFX的复合换热温度场的有限元分析模型,对电渣炉支臂进行了复合换热温度场的求解和模拟分析工作。论文首先在复合换热过程分析的基础上设想引入空气作为传热介质,并将空气介质加入模型进行分析。其次在复合换热的相关数值计算中,着重分析了辐射热效应,得出辐射热流不可忽略,应当作为源项加入到模型分析中。接着建立了Workbench/CFX复合换热温度场的三维分析模型,并进行了简化模型和分析前处理。最后进行了电渣炉支臂复合温度场的求解和模拟分析,得出了支臂的温度场分布图,通过对模拟结果的分析,验证了所采取的建模方案的合理性,为进一步分析提供了依据,具有一定的工程应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 电渣重熔技术原理
• 1.2 电渣炉机械系统构成、功能及其设计现状
• 1.2.1 电渣炉机械系统构成
• 1.2.2 电渣炉机械系统的功能
• 1.2.3 我国电渣炉机械系统的设计现状
• 1.3 课题的提出及研究意义
• 1.3.1 课题的提出
• 1.3.2 课题的研究意义
• 1.4 课题的主要工作内容
• 1.5 本章小结
• 第2章 复合换热的温度场分析及有限元方法理论基础
• 2.1 传热学基础理论
• 2.1.1 热传导
• 2.1.2 热对流
• 2.1.3 热辐射
• 2.2 复合传热理论
• 2.3 温度场的有限元法
• 2.3.1 温度场的基本理论
• 2.3.2 温度场问题的基本方程
• 2.3.3 稳态温度场的有限元法
• 2.3.4 使用的相关有限元软件
• 2.4 本章小结
• 第3章 电渣炉支臂的复合换热过程分析及相关数值计算
• 3.1 支臂的复合换热过程分析
• 3.1.1 电渣炉机械系统的工况分析
• 3.1.2 支臂的复合换热过程分析
• 3.1.3 空气作为传热介质的思路及其处理方式
• 3.2 复合传热的相关数值计算及辐射效应的分析
• 3.2.1 支臂的导热系数
• 3.2.2 渣池与空气对流换热系数
• 3.2.3 电渣炉渣池辐射效应的分析
• 3.3 复合换热温度场数值求解及经典Ansys分析与制约
• 3.3.1 复合换热温度场数值求解
• 3.3.2 经典Ansys分析与制约
• 3.4 本章小结
• 第4章 支臂的Workbench/CFX温度场模型的建立及前处理
• 4.1 Workbench/CFX温度场分析流程
• 4.2 支臂的Workbench/CFX温度场有限元模型的建立
• 4.2.1 支臂的SolidWorks三维实体建模及结构模型简化
• 4.2.2 Workbench/CFX复合换热温度场有限元三维模型的建立
• 4.3 Workbench/CFX温度场有限元分析前处理
• 4.3.1 有限元模型的网格划分
• 4.3.2 边界条件的约束和载荷的施加
• 4.4 本章小结
• 第5章 支臂的复合换热温度场的求解及仿真结果分析
• 5.1 Workbench/CFX温度场求解分析处理
• 5.1.1 收敛时间步的设置
• 5.1.2 收敛准则的设置
• 5.1.3 方程式的设置
• 5.1.4 电渣炉支臂的复合温度场的求解过程分析
• 5.2 支臂的Workbench/CFX分析后处理及模拟结果分析
• 5.2.1 Workbench/CFX分析后处理
• 5.2.2 支臂的复合换热温度场的后处理及仿真结果分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢