全氢罩式炉退火过程离线模拟系统设计及其主要算法研究

摘要

本文以全氢罩式炉退火过程为主要研究对象,通过对全氢罩式炉结构以及热工过程详细介绍,在建立了全氢罩式炉整个退火过程各个研究模块详细传热与流动数学模型基础上,分析研究了全氢罩式炉退火工艺制定离线预测系统框架搭建及逻辑结构,并根据用户需求设计了人机交互界面。在系统模块开发中钢卷温度场离散计算以及温度场可视化是系统核心或难点,本文针对以上两个模块做了深入细致论述。全氢罩式炉参与传热主要部件以及结构包括加热罩、炉气、内罩、氢气以及钢卷;退火过程依次包括加热阶段、均热阶段、辐射冷却阶段、空气冷却阶段以及喷淋冷却阶段。其中炉气温度作为系统计算起点根据燃烧空间能量平衡以及上一步长其他变参数求解,之后系统依次向内算至钢卷,向外算至加热罩以及冷却罩。钢卷作为计算终点,采用第三类边界条件考虑钢卷与氢气对流换热以及钢卷与内罩辐射换热。依据二维柱坐标下非稳态温度场算法,迭代得出本步温度场后判断并存储,参与下一步计算。等值线计算采用离散点插值追踪扫描方法遍历所有等值点并采用相同规则完成所有等值线绘制。

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1绪论

1.1全氢罩式炉研究背景及意义

1.2全氢罩式炉国内外研究现状

1.3主要研究目及方法

1.4本章小结

2全氢罩式炉热工过程及传热分析

2.1全氢罩式炉结构

2.2全氢罩式炉热工过程

2.3全氢罩式炉传热分析

2.4本章小结

3全氢罩式炉数学模型

3.1加热罩导热数学模型

3.2加热阶段内罩外加热罩内空间传热模型

3.3氢气传热数学模型

3.4钢卷导热数学模型

3.5冷却阶段内罩外传热数学模型

3.6本章小结

4全氢罩式炉退火过程仿真系统设计

4.1退火过程仿真系统技术要求

4.2退火过程仿真系统逻辑功能设计

4.3退火过程仿真系统界面

4.4本章小结

5全氢罩式炉退火过程仿真系统非稳态温度场计算算法研究

5.1物理模型建立

5.2控制方程离散方法比较选择

5.3模型控制方程离散

5.4离散化代数方程求解

5.5温度场计算程序验证

5.6本章小结

6全氢罩式炉退火过程仿真系统温度场等值线算法研究

6.1等值点确定

6.2等值点追踪

6.3等值线搜索

6.4本章小结

7总结及展望

7.1总结

7.2进一步工作

致谢

参考文献