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高线穿水冷却过程温度场的数值模拟

作　者: 万爱霞
导　师: 王海儒
学　校: 燕山大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 高速线材斯太尔摩温度场控制冷却有限元数值模拟
分类号: TG335
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
下　载: 345次
引　用: 2次
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内容摘要

控制轧制和控制冷却是现代高速线材生产的前沿技术，其显著特征是减少脱碳，控制晶粒尺寸，改善钢的组织、性能及控制氧化铁皮的生成量。控轧和控冷工艺能充分挖掘线材的潜力，大幅度提高线材的综合性能。本课题是在前人研究的基础上，对高速线材控制冷却进行深入研究，即对高速线材穿水冷却过程的温度场进行数值模拟和仿真。以传热学理论为基础，根据温度场的基本原理，以高速线材斯太尔摩控制冷却线的水冷段为研究对象，建立了简化的数学模型，对穿水冷却过程的传热进行了详细的分析，拟定了整个穿水冷却过程的初始条件和边界条件，并且讨论了换热系数的确定问题。采用现代有限元法对建立的数学模型进行数值解析，结合实体模型引用近似经验公式对边界条件中必要参数的运算进行了分析。运用工程软件ANSYS5.7作为分析工具，结合生产实际，对现场实测进行了模拟，得出了高速线材在穿水冷却段的温度场变化过程，分析了控制冷却因素如冷却水流量、冷却水温度、冷却时间及其它因素对线材温度场的影响，为优化控冷工艺提供了理论依据，同时对原生产工艺提出了相应的改进意见，得到了企业的认可。深入研究高速线控冷技术，对提升我国高线生产的整体技术水平及增强产品的国际市场竞争能力具有重大的意义。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-19
  1.1 国内外线材轧制技术概况  10-13
    1.1.1 引言  10-11
    1.1.2 线材轧制技术的发展现状  11-13
  1.2 线材生产存在的问题及轧后控制冷却  13-14
  1.3 线材控制冷却工艺  14-18
    1.3.1 线材控制冷却工艺类型  14-16
    1.3.2 斯太尔摩控制冷却工艺  16-17
    1.3.3 控冷工艺参数的设定与控制  17-18
  1.4 本文的主要内容及其选题的意义  18-19
第2章高线穿水冷却过程温度场研究的理论基础及模型的建立  19-37
  2.1 传热学相关知识  19-27
    2.1.1 温度场  19
    2.1.2 热量传递的方式  19-22
    2.1.3 导热基本定律  22-23
    2.1.4 导热微分方程  23-25
    2.1.5 定解条件  25-26
    2.1.6 求解导热定解问题的方法与特点  26-27
  2.2 高线穿水冷却过程温度场模型的建立  27-34
    2.2.1 高线穿水冷却过程温度场的计算目的  27-28
    2.2.2 穿水冷却过程的传热分析  28-30
    2.2.3 模型的建立  30-33
    2.2.4 初始条件和边界条件  33-34
  2.3 换热系数  34-36
    2.3.1 对流换热系数  34-35
    2.3.2 确定对流换热系数的方法  35
    2.3.3 本文换热系数的确定  35-36
  2.4 本章小结  36-37
第3章高线穿水冷却过程温度场的有限元解析  37-49
  3.1 有限元法简介  37-42
    3.1.1 有限元法的发展及应用  37
    3.1.2 有限元法求解的基本过程  37-38
    3.1.3 泛函、变分及温度插值函数  38-42
  3.2 高线穿水冷却过程温度场的有限元解析  42-48
    3.2.1 数值计算法概述  42
    3.2.2 模型的有限元解析  42-45
    3.2.3 边界与初始条件的确定  45-48
  3.3 本章小结  48-49
第4章应用实例  49-68
  4.1 ANSYS简介  49-52
    4.1.1 引言  49
    4.1.2 ANSYS的发展  49-50
    4.1.3 ANSYS的架构及典型分析过程  50-52
    4.1.4 ANSYS建模的技巧  52
  4.2 ANSYS在热分析领域的应用  52-54
    4.2.1 ANSYS的瞬态传热分析  52-53
    4.2.2 温度场模拟的前处理  53-54
    4.2.3 求解及后处理工作  54
  4.3 模拟过程  54
  4.4 某高速线材厂概况  54-58
    4.4.1 生产工艺流程  55
    4.4.2 控制冷却工艺流程  55-56
    4.4.3 终轧后的水冷装置  56-58
  4.5 现场相关工艺参数  58-59
  4.6 几何模型及网格划分  59
  4.7 控制冷却影响因素  59-64
    4.7.1 冷却水流量的影响  60-61
    4.7.2 冷却水温度的影响  61-62
    4.7.3 冷却时间的影响  62-63
    4.7.4 冷却水压力及其它因素的影响  63-64
  4.8 现场实测数据的ANSYS模拟  64-67
    4.8.1 温度分布图  64-66
    4.8.2 温度变化曲线  66
    4.8.3 本次模拟小结  66-67
  4.9 本章小结  67-68
结论  68-69
附录1  69-71
附录2  71-74
参考文献  74-78
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  78-79
致谢  79-80
作者简介  80

高线穿水冷却过程温度场的数值模拟

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