连铸板坯凝固传热过程的计算机模拟

建立了板坯连铸的凝固传热数学模型，充分考虑了弧形铸坯的几何特点，采用有限单元法求解控制方程。通过变参数φ来考虑铸坯内钢水和两相糊状区的导热系数，计算了参数φ、结晶热通量、拉速和二冷强度对铸坯表面温度和坯壳厚度的影响。结果表明，模型的准确性得到提高，拉速对固液界面有明显影响，二冷强度对铸坯表面温度影响非常大。     

连铸流动与凝固耦合模拟中糊状区系数的表征及影响

分析提出了连铸流动与凝固耦合数值模拟中, 钢液在两相区流动时的糊状区系数(A_mush)与渗透率的关系; 通过建立大方坯连铸结晶器三维耦合数值模型, 揭示了不同糊状区系数对钢液流动、传热与凝固进程的影响, 以及早期相关研究结果差异的源头.结果表明: 糊状区系数越大, 钢液在糊状区内的流动阻力越强, 凝固时钢液流动速度降低越快.采用较大的糊状区系数时, 糊状区呈较窄的"带状"分布在固液相之间; 当糊状区系数较小时, 糊状区范围变大, 钢液在结晶器内温降过快, 自由液面处出现过冷现象, 凝固坯壳局部发生重熔.结合实验数据验证与模型分析, 认为糊状区系数取值1×108~5×108 kg·m-3·s-1可以较可靠地揭示连铸结晶器内的实际凝固现象.      

关于连铸坯凝固传热有限元数值模拟的研究

建立了结晶器内连铸坯凝固传热的有限元数值计算模型，并就模型中两种凝固潜热处理方法，两种三点时间格式以及两种热容矩阵的应用进行了比较，同时研究了时间步长和计算网格大小对数值模拟结果的影响。     

连铸二冷区凝固传热及冷却控制

本文系统论述了连铸二冷区凝固传热方式，冷却制度，制定原则和控制准则。建立了铸坯凝固传热数字模型。采用自行开发的二冷配水计算软件，已在多家生产厂获得成功应用。     

圆坯凝固末端电磁搅拌作用下的流动与传热行为

以特殊钢圆坯连铸为研究对象, 建立了研究凝固末端电磁搅拌作用效果的三维耦合数值模型.利用分段计算模型获得末端电磁搅拌区域钢液流动与凝固的实际状态, 并采用达西源项法处理凝固末端钢液在糊状区的流动, 研究了不同电磁搅拌工艺参数下的电磁场分布及钢液的流动与传热特征.通过测量搅拌器中心线磁感应强度和铸坯表面温度验证了模型的准确性.研究结果表明: 电流强度每增加100 A, 搅拌器中心磁感应强度增加19.05 mT, 电磁力随着电流强度的增加显著增大.在20~40 Hz范围, 随着电流频率的提高, 中心磁感应强度略微下降, 但电磁力仍有所增加.在搅拌器区域, 液相穴内的钢液在切向电磁力的作用下旋转流动, 其切向速度随着电流强度和频率的增加而变大.末端电磁搅拌可促进钢液在圆坯径向的换热, 随着电流强度和频率的提高, 铸坯中心轴线上的钢液温度降低, 同时末端搅拌位置处的中心固相分率增加.      

板坯连铸二冷区凝固传热过程与控制

依据安钢板坯连铸机的具体条件,建立了连铸板坯凝固传热数学模型,实现了随铸坯钢种、断面尺寸及拉速变化对各回路水量连续实时控制.经现场应用表明,利用配水模型所制定的二冷配水制度是合理的,效果良好.     

基于图形处理器加速的连铸坯实时凝固传热模拟

实时模拟连铸坯的传热过程对于保证二冷动态控制的精确性和压下效果十分重要。实际生产过程中,为了适应工艺参数的不断变化,连铸的动态控制系统需要调整二冷水量以保证铸坯表面温度稳定。对于基于模型的动态系统,其核心是准确的在线传热模型。然而,在线模型对求解时间的严苛要求往往使得精确的模型在实际应用中受限。针对这个问题,在保障模型计算精度的基础上,应用图形处理器(graphics processing unit, GPU)技术来加速连铸凝固传热过程模拟,并针对连铸凝固传热过程和GPU硬件特征,对求解算法进行设计和优化。与基于28核中央处理器(central processing unit, CPU)并行的模型相比,GPU加速的传热模型实现了78倍的加速比。此外,模型的准确性通过表面温度测量得到了验证,最大相对误差为0.728%。     

金属冲击加热炉内流动及传热的数值模拟

采用紊流动量方程、Ｋ－ε双方程紊流模型及能量方程相结合的方法对金属冲击加热炉内速度场及温度场进行了数值模拟，其中能量方程的源项辐射传热采用离散辐射强度法计算。用此模型探讨了炉内温度分布特征、对流传热系数的大小及分布。该模型为以对流传热为主的金属冲击加热炉内的综合传热过程提供了一种理论研究途径。     

碳钢连铸坯凝固两相区的流变力学特性

利用自制的钢流变力学测定装置，首次对碳钢铸坯凝固两相区的流变特性进行了实验研究，获得了其在不同载荷下的蠕变／反蠕变曲线，并由此确立了该合金的流变模型，结果表明：该合金在近固相线及近液相线温区为五元流变模型，而在中间温区为粘弹塑性六元流变模型，文中基于流变模型进一步获得了铸坯在凝固两相区不同阶段的蠕变方程。     

结晶器内钢水凝固传热数学描述的发展

伴随计算机技术和数学理论的发展 ,结晶器内钢水凝固传热数学模型也从最初的解析法向数值计算法发展 ,综述了结晶器内钢水凝固各区及界面的传热数学模型的发展。     

高温合金雾化熔滴的热传输与凝固行为

采用雾化过程热传输数学模型计算了高温合金雾化熔滴飞行速度、对流换热系数、温度分布、固相分数和冷却速度随熔滴尺寸和飞行距离的变化,给出了其变化趋势及引起变化的原因,并讨论了雾化压力和合金过热度对上述参数的影响     

用段法分析高辐射率涂料强化传热的机理

用段法计算了灰体和非灰介质加热炉中的热交换，分析了炉壁热阻和炉壁内表面黑度对炉内辐射换热的影响，阐明在不同的介质中，炉壁特性对炉内辐射传热影响的机理是不同的，第一次得出在非灰介质加热炉中，炉壁温度会随炉壁黑度的增大而降低的结论。     

连铸坯凝固传热数学模型的研究与应用

以安阳永兴钢铁公司1#方坯连铸机为研究对象，建立连铸坯凝固传热数学模型。研究了不同拉速、过热度及二冷比水量对铸坯表面中心和角部温度及铸坯凝固终点位置的影响。并对铸坯表面温度进行了实测，实测结果与模型计算基本吻合。与现场生产实际结合，优化二次冷却制度，铸坯质量得到明显提高。     

小方坯连铸机结晶器凝固传热的分析

根据安钢德马克小方坯的现场数据，建立了小方坯连铸机结晶器的二维凝固传热模型，采用有限差分法对数学模型求解，得到铸坯在结晶器内的表面温度分布和坯壳的生长规律，同时讨论了拉速、过热度、结晶器冷却水强度对铸坯的表面温度和坯壳生长的影响．     

传热反问题研究方法在钢水温度预定中的应用

基于炼钢过程钢水温度预定和动态控制的需要，本文提出了并描述了钢包传热反问题模型，同时给出了求解方法。通过计算炼钢过程主要工序点的温度值，验证了模型的可靠性。     

热流法计算高温炉内辐射传热

高温炉内的辐射传热是工业生产中常遇到的问题。过去，人们在应用热流法计算辐射传热时遇到了一定的困难，使计算结果与实际有一定的偏差。本文运用文献［１］中给出的新热流数学模型，开发出由新热流方程与能量方程相耦合的计算机程序，其中的比热流参数由线加热热源情况下计算得到。用该程序计算了实验室用马弗炉内的温度场，并且用热电偶实测了炉内的一些温度值，理论计算与实测值符合很好。