發(fā)布時(shí)間：2020-10-19 21:02

　　 連續(xù)鑄鋼生產(chǎn)過程中,電磁攪拌已成為改善鑄坯質(zhì)量的常規(guī)裝備,木文對(duì)電磁攪拌作用下的連鑄凝固過程進(jìn)行研究,是為其工藝優(yōu)化提供支撐。電磁攪拌作用下連鑄凝固過程包含有流動(dòng)、傳熱、傳質(zhì)及相變等諸多現(xiàn)象,其本質(zhì)是一個(gè)非常復(fù)雜的多場(chǎng)耦合問題。數(shù)值模擬技術(shù),是研究這一復(fù)雜問題的重要手段。本文在研究電磁攪拌中電磁場(chǎng)分布規(guī)律的基礎(chǔ)上,聯(lián)合描述連鑄坯凝固過程中流動(dòng)、傳熱、傳質(zhì)現(xiàn)象的動(dòng)量、能量、溶質(zhì)守恒控制方程,建立了電磁攪拌作用下的多場(chǎng)耦合數(shù)學(xué)模型,并給出了相應(yīng)的求解策略。同時(shí)通過開發(fā)的相應(yīng)計(jì)算程序,研究了電磁攪拌參數(shù)對(duì)連鑄坯凝固過程中的流速和溶質(zhì)分布的影響規(guī)律。本文主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)利用ANSYS建立電磁攪拌的數(shù)學(xué)模型。分別對(duì)結(jié)晶器電磁攪拌和凝固末端電磁攪拌進(jìn)行了空載、瞬態(tài)和諧波分析,研究了電磁攪拌作用下連鑄坯內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度和電磁力隨時(shí)間和空間變化的分布規(guī)律,并與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了模型的正確性;(2)建立電磁場(chǎng)與流場(chǎng)的耦合模型。給出了基于連續(xù)模型的動(dòng)量控制方程,電磁力以方程源項(xiàng)的形式參與計(jì)算,確立了磁流耦合場(chǎng)的數(shù)學(xué)模型,并利用基于有限體積法的改進(jìn)的QUICK格式對(duì)控制方程進(jìn)行了離散化處理,為方便編程,對(duì)各變量進(jìn)行了編號(hào),確定了利用PISO算法對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行求解;(3)建立磁場(chǎng)-流場(chǎng)-溫度場(chǎng)-溶質(zhì)場(chǎng)的多場(chǎng)耦合模型。給出了能量和溶質(zhì)守恒的控制方程,并分析了各場(chǎng)的控制變量間的耦合關(guān)系,給出了固相分率、滲透率和兩相區(qū)溶質(zhì)濃度的耦合關(guān)系式。在(1)、(2)的基礎(chǔ)上建立磁場(chǎng)-流場(chǎng)-溫度場(chǎng)-溶質(zhì)場(chǎng)的四場(chǎng)耦合模型。電磁場(chǎng)對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行單向耦合,并實(shí)現(xiàn)了 VB.NET對(duì)ANSYS的二次開發(fā)應(yīng)用;流場(chǎng)、溫度場(chǎng)、溶質(zhì)場(chǎng)進(jìn)行雙向耦合順序迭代計(jì)算,各場(chǎng)間的耦合計(jì)算均通過節(jié)點(diǎn)傳遞變量信息;(4)利用自編程序耦合計(jì)算電磁攪拌作用下的宏觀傳輸模型,分析了不同電磁攪拌參數(shù)下流場(chǎng)的分布規(guī)律。結(jié)果表明:諧波分析的電磁力時(shí)均值是驅(qū)動(dòng)鋼液流動(dòng)的主要因素,因此將其作為載荷傳遞給流場(chǎng);在實(shí)際應(yīng)用的電流強(qiáng)度和頻率的范圍內(nèi),電流強(qiáng)度每增大100A,鑄坯內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度增大30mT,切片最大切向電磁力增大了 2000N/m3,相應(yīng)切片的最大流速加快了 0.08m/s。而隨著電流頻率的增加,磁感應(yīng)強(qiáng)度呈微弱減小的趨勢(shì),連鑄坯內(nèi)的電磁力增大幅度很小,液相流速變化較小。最后與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用的電磁攪拌參數(shù)下連鑄坯凝固偏析質(zhì)量進(jìn)行對(duì)比,符合其變化規(guī)律。
【學(xué)位單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TF777
【部分圖文】：

（ａ）三維圖?（ｂ）俯視圖??（ａ）?Ｔｈｅ?ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ?ｇｒａｐｈ?（ｂ）?Ｔｏｐ?ｖｉｅｗ?ｇｒａｐｈ??圖２．１?Ｍ－ＥＭＳ兒何模型??Ｆｉｇ．?２．１?Ｔｈｅ?ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?Ｍ－ＥＭＳ??（５）劃分網(wǎng)格。網(wǎng)格數(shù)量的多少將直接影響計(jì)算結(jié)果的精度和速度，要注意網(wǎng)格??量的經(jīng)型，即滿足的況下，選適的網(wǎng)。ＡＮＳＹＳ??

在電磁攪拌器線圈上加載交變電流，通以三相低頻交流電，相對(duì)的線圈中電流的相??位角相同，而相鄰線圈中的電流相位角相差２；ｒ／３，這樣就在內(nèi)腔中激發(fā)一個(gè)沿圓周呈??正弦分布的磁場(chǎng)。激勵(lì)電流如圖２．２。??（２．１３）??Ｉｖ?＝?ｌｍ?ｓｉｎ（ａ？／?－?２＾／３）?（２．１４）??／，？?＝?ｌｍ?ｓｉｎ（？／?＋?２＾／３）?（２．１５）??式中，人，，４，夂分別為三相線圈中的瞬時(shí)電流；／，，，為交流電源電流的幅值；？為??交流電的角頻率；ｆ為時(shí)間。??４００?ｒ?�。�?Ｉ?又—＿?ｔ?ｃ?ｒ?ｔ?：?：??３００，?？？?｜??，?，扣＇＿?，嚴(yán)＇．?－－？－Ｉ?１??２０〇＼?／?＼??Ｖ?ｙ?ｙ?Ｙ??＜１００－／＇?產(chǎn)、??ｆ?＼?ｐ?＼?／?＼?９?＼??Ｓ?ｏ乂?＼?＊?ｋ、?／?＼?爭(zhēng)?＼?－??魯?Ｖ＇?ｙ?ｙ?＼??－２００１：?／?＼?７?＼?／?＼??－３００＇?－??＿４００（Ｔ?５０?Ｔｏｏ?１５０?２００—＾２５０—３００＾?３５０一４００?４５０??Ｕ３ｔ／°??圖２．２三相交流電波形圖??Ｆｉｇ．?２．２?Ｔｈｅ?ｏｓｃｉｌｌｏｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅ?ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ?ｃｕｒｒｅｎｔ??電流加載的方式是選取電流密度的加載方式，所以不但要知道加載電流的大小和頻??率，還需要知道線圈銅導(dǎo)線的橫截面積，見表２．１。在模型中給線圈加載電流密度時(shí)，??與ｚ軸平行方向的電流密度可以直接加載

２?＼?．，？＼?Ｘ?Ｘ?／??＼?／?／??＼?／?Ｉ?Ｆ丨丨??＼．?ｘ／／?＼?Ｕ?Ｉ?ｉ?ｌ??Ｘ?Ｘ?、＾：／？．??Ｔ?－?ｔ?－？－飛?＾Ｖ“＼．?！?Ａ?／?／／？??／?－＼?Ｉ??／?＼?／??ｘ／．?－＼Ｘ?／??ｖ２?妒丨??（ａ）感生電流示意圖?（ｂ）電磁力示意圖??（ａ）?Ｉｎｄｕｃｅｄ?ｃｕｒｒｅｎｔ?ｄｉａｇｒａｍ?（ｂ）?Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ?ｆｏｒｃｅ?ｄｉａｇ圖２．９感生電流－電磁力示意圖??Ｆｉｇ．?２．９?Ｔｈｅ?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｉｎｄｕｃｅｄ?ｃｕｒｒｅｎｔ?ａｎｄ?ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ?ｆ．１０為結(jié)晶器電磁攪拌卜鑄坯內(nèi)一節(jié)點(diǎn)的電磁力各向分量隨時(shí)間與電磁理論分析中得到的公式相一致，見公式（２．１２）。電磁攪拌電磁力，而且也產(chǎn)生隨時(shí)間變化的電磁力。通常隨時(shí)間變化的電，因此在計(jì)算中可以不考慮。??１．５￣￣ｔ?．?．???
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本文編號(hào)：2847724