黑体空腔钢水连续测温传感器传热模型及应用研究

论文摘要

准确测量中间包内的钢水温度是连铸生产过程中的一个重要环节。目前,黑体空腔钢水连续测温传感器在钢厂中间包测温中得到广泛应用,但是该传感器的结构使其在测温过程中存在一定的滞后现象。为了补偿这种滞后产生的动态测温误差,本文建立了黑体空腔钢水连续测温传感器的传热模型,通过传热模型对其动态特性进行研究,建立了热响应函数与动态测温影响因素的关系,并将其应用到了动态测温补偿中。本文首先在分析钢水连续测温传感器传热过程的基础上,建立了传感器的三维非稳态传热机理模型,并根据传热微分方程及定解条件,利用有限元分析方法建立了连续测温传感器的有限元传热模型；然后对其准确性进行了研究,并基于传感器物性参数随温度变化而变化,通过ANSYS优化设计方法对所建模型物性参数进行了校正,建立了物性参数与温度的关系,校正后所得模拟结果通过与鞍钢动态测温数据验证,最大误差小于5℃,所建模型正确。在数值模拟结果应用方面,本文在优化模型基础上,选取一阶函数作为热响应函数的基本形式,通过对动态测温影响因素分析,找到了热响应函数的不同参数与不同影响因素的关系,并通过正交试验建立了响应函数的参数与影响因素的函数关系式,确定了参数的取值范围。之后将其应用到了现场数据的预估补偿中,在动态测温误差小于7℃的情况下,传感器的平均响应时间由原来的193s缩短到了50s,达到了设定的动态测温补偿目标,对减小温度测量对铸坯质量的影响具有重要作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外动态测温的研究现状
• 1.2.1 传感器动态特性研究现状
• 1.2.2 传感器动态测温建模研究现状
• 1.3 有限元分析方法与软件简介
• 1.4 课题研究的主要内容
• 第2章 钢水连续测温传感器有限元传热模型的建立
• 2.1 黑体空腔钢水连续测温传感器简介
• 2.2 黑体空腔钢水连续测温传感器传热机理分析
• 2.2.1 黑体空腔钢水连续测温传感器传热过程分析
• 2.2.2 黑体空腔钢水连续测温传感器非稳态传热微分方程
• 2.2.3 定解条件
• 2.3 黑体空腔钢水连续测温传感器动态测温的ANSYS数值模拟
• 2.3.1 温度场ANSYS模拟流程
• 2.3.2 热物性参数的确定
• 2.3.3 几何模型的建立
• 2.3.4 网格划分
• 2.3.5 模型载荷的施加及求解
• 2.4 本章小结
• 第3章 钢水连续测温传感器传热模型的准确性研究
• 3.1 传热模型的准确性分析
• 3.2 基于ANSYS的参数优化设计
• 3.2.1 优化变量的确定
• 3.2.2 优化参数初始值的确定
• 3.3 ANSYS优化方法
• 3.4 优化设计过程
• 3.5 优化结果及分析
• 3.5.1 优化变量的变化情况
• 3.5.2 优化前后参数对比及合理性分析
• 3.5.3 优化参数与温度的关系
• 3.6 优化结果验证
• 3.7 本章小结
• 第4章 传感器传热模型在温度测量误差动态补偿中的应用
• 4.1 动态补偿问题的提出
• 4.2 热响应函数的建立
• 4.2.1 热响应函数的确定
• 4.2.2 影响温度动态测量曲线的因素分析
• 4.2.3 热响应函数参数范围的确定
• 4.3 动态预估补偿方法
• 4.3.1 遗传算法的基本原理
• 4.3.2 遗传算法的实施过程
• 4.4 温度预估补偿结果分析
• 4.5 预估补偿的误差来源分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 下一步工作展望
• 参考文献
• 致谢