热轧层流冷却过程有限元模型与仿真研究

论文摘要

热轧层流冷却过程是热轧生产的最后一道重要工序,它是通过输出辊道上的层流冷却装置,将钢板从终轧温度冷却到工艺要求的温度。热轧层流冷却技术不但能大大缩短钢板冷却时间和提高产量,而且更重要的是它能够显著提高钢材的强度,明显地改善钢材的综合性能,为生产厂家带来显著的经济效益。本课题针对钢板的热轧层流冷却过程,从冷却过程的传热机理出发,以有限元方法为手段,以ANSYS软件作为平台,建立了比较合理的钢板层流冷却温度场有限元模型,并尽量减小抽象模型,热物性参数,边界条件等与实际情况的差距。通过对不同规格钢板在不同工艺参数下冷却过程中的温度场进行有限元模拟分析,可获得各种条件下的温降曲线,温降速度以及瞬态温度场的分布。本文的研究工作主要包括以下几个方面:首先:基于有限元方法研究了钢板热轧层流冷却过程的传热机理,建立了钢板热轧层流冷却瞬态温度场模型。在模型的建立中,考虑钢板的三维传热问题,针对钢板的层流冷却过程具有非线性,时变参量多的特点,将钢板划分为若干小单元,利用线性插值和单元间的相互关系,将单元的方程有序地集合成整个系统的方程,从而建立了热轧层流冷却过程的有限元模型。其次:基于所建立的有限元温度场模型,在ANSYS软件环境中进行了仿真实验。在空冷阶段,主要考虑钢板与空气的对流,钢板的辐射以及钢板内部的热传导。在水冷阶段,主要考虑钢板与水的对流以及钢板内部的热传导。通过对不同规格钢板在不同工艺参数下的冷却过程中的温度场仿真,得出的一系列实验结果表明,本文提出的有限元温度场模型是有效的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 热轧层流冷却过程简介
• 1.3 热轧层流冷却过程模型研究综述
• 1.4 本文工作
• 第二章 热轧层流冷却过程机理分析
• 2.1 层流冷却过程的传热分析
• 2.2 温度场
• 2.3 导热基本定律
• 2.4 导热微分方程
• 2.5 定解条件
• 2.6 求解导热定解问题的方法与特点
• 2.6.1 分析解法
• 2.6.2 图解法
• 2.6.3 数值解法
• 第三章 热轧层流冷却过程的有限元模型
• 3.1 有限单元法简介
• 3.2 建立有限元模型的基本过程
• 3.3 温度场有限元模型的推导
• 3.3.1 泛函
• 3.3.2 变分
• 3.3.3 温度场的有限元分析
• 3.3.4 求解温度场的有限元模型
• 3.3.5 层流冷却温度场有限单元划分
• 3.4 有限元模型参数的确定
• 3.4.1 空冷换热系数的确定
• 3.4.2 水冷换热系数
• 3.4.3 导热系数
• 3.4.4 比热
• 第四章 热轧层流冷却过程温度场仿真
• 4.1 ANSYS简介
• 4.2 仿真实验
• 4.2.1 实验1
• 4.2.2 实验2
• 4.2.3 实验3
• 4.2.4 实验4
• 4.2.5 实验5
• 4.2.6 实验6
• 4.2.7 实验7
• 4.2.8 实验8
• 4.3 实验结果分析
• 第五章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢