基于AVS/Express的加热炉钢坯温度场可视化研究

论文摘要

我国是个钢铁生产和钢铁消费的大国,钢铁生产在我国的国民经济发展中占据了重要的战略地位。钢铁行业也是我们的能源消耗大户,一方面我国是个能源紧缺的国家,另一方面我国的工业能源利用率较低。在钢铁企业中,加热炉是热轧生产线的重要设备,耗能很大,因此在其控制与生产管理方面,我们的任务紧迫且大有可为。 对于钢铁生产企业来说,控制钢坯在加热过程中的表面温度和内部温度是非常重要的,它将直接影响到后续加工的工艺过程和钢材的最终产品质量,因此,对钢坯温度场进行有效及时的监控是必要的。长期以来,对钢坯温度场的监控主要以温度传感器的数值和人的现场观测为主,存在不直观、工作量大、效率较低和过分依赖于人的经验等缺点,最终产品的质量也会受到影响。显然采用更为有效的监控手段成为一个人们关注的重点。近年来可视化技术得到了长足的发展,在很多工程领域都有了较好的应用。针对目前的测温技术很难用仪器直接测量出加热炉内被加热钢坯的内部温度,本文采用可视化技术对钢坯温度场进行虚拟现实可视化。 论文利用传热学的知识,通过神经网络建模方法建立了钢坯表面温度预报模型,用有限差分法建立了钢坯内部温度场模型。仿真研究证明,模型能够较为准确地预报钢坯表面及内部温度场数据。 在可视化技术及已获钢坯数学模型基础上,利用AVS/Express以等温面的形式实现了钢坯温度场的可视化,接近于人对信息的接收方式,从而达到了较理想的监控效果,本文通过对钢坯温度场中大容量数据进行虚拟可视化的初步研究,为如何将模型计算产生的大量数据值转化为可视化图象提供了一种有效的解决方式,有重要的工程应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 相关的加热炉生产工艺
• 1.2.1 加热炉加热钢坯的目的
• 1.2.2 金属的加热温度和加热速度
• 1.2.3 连续加热炉的加热制度
• 1.2.4 连续加热炉的分类
• 1.2.5 加热炉控制现状
• 1.3 研究的目的和意义
• 1.4 加热炉钢坯温度场可视化研究的现状
• 1.5 论文的主要工作
• 第二章 科学计算可视化及其在钢坯温度场监控中的应用
• 2.1 科学计算可视化简介
• 2.1.1 科学计算可视化的含义
• 2.1.2 发展科学计算可视化的重要意义
• 2.1.3 科学计算可视化的研究现状
• 2.2 可视化技术在钢坯温度场监控中的应用
• 第三章 加热炉钢坯温度场模型
• 3.1 引言
• 3.2 昆明钢铁公司第二轧钢厂盘元车间加热炉介绍
• 3.2.1 加热炉炉体介绍
• 3.2.2 加热炉的加热制度
• 3.2.3 加热炉生产状况
• 3.2.4 加热炉控制系统运行状况
• 3.3 加热炉钢坯温度场模型
• 3.3.1 传热学的几个基本概念介绍
• 3.3.1.1 温度场和温度梯度
• 3.3.1.2 导热的基本定律
• 3.3.1.3 导热系数
• 3.3.1.4 导热微分方程
• 3.3.1.5 初始条件、边界条件
• 3.3.2 传统的导热问题的数值解法
• 3.3.2.1 导热问题数值求解的基本思想
• 3.3.2.2 有限差分法求解温度场的方法
• 3.3.3 基于神经元BP网络的钢坯表面温度场预报模型
• 3.3.3.1 传统建模方法和神经网络建模方法的比较
• 3.3.3.2 钢坯表面温度场的神经网络预报模型
• 3.3.4 钢坯内部温度场预报模型
• 3.3.4.1 二维传热公式推导
• 3.3.4.2 钢坯内部温度场计算
• 第四章 AVS/Express简介及钢坯温度场可视化的实现
• 4.1 AVS/Express简介
• 4.1.1 什么是AVS/Express?
• 4.1.2 使用AVS/Express
• 4.1.3 AVS/Express的软件包
• 4.1.4 AVS/Express中的面向对象技术
• 4.1.5 对象管理器
• 4.2 基于AVS/Express的钢坯温度场可视化实现
• 4.2.1 概述
• 4.2.2 钢坯温度场三维可视化开发研究中所采用的技术
• 4.2.3 开发中的关键技术
• 4.2.4 可视化效果图
• 第五章 全文总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 攻读学位期间发表论文目录