强对流作用下退火铝卷温度场数值模拟研究

论文摘要

本文针对铝材退火生产线,利用现代数值模拟技术对影响铝卷退火过程中的因素进行分析和研究,该研究有助于今后提高铝材实际生产质量。本文工作有:（1）温度场测试:根据铝材退火生产实际工况进行现场温度测试,得到铝材芯部和表面的温度随时间变化情况。（2）推导了铝卷材退火过程数学模型,并利用数学模型分析了铝卷内部径向接触热阻。通过分析径向接触热阻,模拟得出铝卷退火过程加热方式的不同,加热时间和热量传递存在较大差异。（3）利用数值模拟方法分析了对流换热和打卷捆扎力等因素对铝卷退火温度分布的影响,并对影响因素作了详细研究,得出了对流换热系数和打卷捆扎力在合理范围内有利于铝卷温度均匀的分布。（4）利用实验对端面加热（侧喷）方式与径向加热方式进行了比较,发现端面加热比径向加热方式在达到同一温度所需时间上缩短了近10%。且在同一时间内端面加热达到的温度比径向加热高20-30℃。文中的数值计算工作对于铝材退火炉内流场、温度场研究的开展具有一定的参考价值,计算结果有助于进一步对退火炉进行分析。本文所提出的铝卷端面加热方式为新型加热炉的设计提供了指导。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 退火炉的发展和研究现状
• 1.3 钢、铝等材料退火方面的研究情况
• 1.4 热处理数值模拟技术综述
• 1.4.1 数值模拟的基本方法
• 1.4.2 材料热处理过程的数值模拟概况
• 1.4.3 热处理数值模拟技术存在的难点和不足
• 1.5 本课题意义、来源及研究目的
• 1.6 本论文的主要研究内容及介绍
• 第二章 铝材退火过程温度的测定
• 2.1 铝材生产工艺及热处理炉简介
• 2.2 温度场测试目的
• 2.3 温度测试原理
• 2.4 温度测试工况
• 2.5 温度测试过程
• 2.6 铝卷温度测试分析
• 2.6.1 铝卷温度测试前的检测
• 2.6.2 铝卷温度实际测试
• 2.7 本章小结
• 第三章 铝卷退火过程传热分析
• 3.1 铝卷传热数学模型的建立
• 3.1.1 铝卷热传导方程
• 3.1.2 铝卷热传导问题的有限元离散
• 3.1.3 热传导方程的时间积分方案
• 3.1.4 传热边界条件与初始条件的处理
• 3.2 对流换热系数的确定
• 3.2.1 影响对流换热的主要因素
• 3.2.2 对流换热过程
• 3.2.3 换热系数的求解
• 3.3 铝卷径向等效导热系数的研究
• 3.3.1 铝卷径向导热的模化与分析
• 3.3.2 热传导数学描述
• 3.3.3 等效导热系数的求解
• 3.4 影响铝卷径向等效导热系数的因素
• 3.4.1 铝卷直径对径向等效导热系数的影响
• 3.4.2 平面与柱面等效导热系数的比较
• 3.5 本章小结
• 第四章 铝卷温度场数值模拟分析
• 4.1 铝材热物性参数的设置
• 4.2 铝卷温度场数值模拟的关键问题
• 4.3 铝卷加热退火过程有限元模型的建立
• 4.3.1 铝卷板坯加热温度场分析
• 4.3.2 ANSYS分析瞬态传热的主要步骤
• 4.4 径向加热下铝卷温度场数值模拟
• 4.4.1 铝卷有限元网格划分和参数设置
• 4.4.2 铝卷温度场仿真结果及分析
• 4.4.3 对流换热系数、接触热导对铝卷温度分布的影响
• 4.4.4 不同工况下仿真结果对比分析
• 4.5 端面加热方式下铝卷温度场数值模拟
• 4.6 本章小结
• 第五章 铝卷退火工业试验研究
• 5.1 实际工况下的铝卷退火试验
• 5.1.1 试验目的
• 5.1.2 径向加热下的铝卷试验分析
• 5.2 端面加热方式下的实验分析
• 5.2.1 实验装置
• 5.2.2 实验结果分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间的主要成果