黑体空腔钢水连续测温传感器传热模型及应用研究

摘要

准确测量中间包内的钢水温度是连铸生产过程中的一个重要环节。目前，黑体空腔钢水连续测温传感器在钢厂中间包测温中得到广泛应用，但是该传感器的结构使其在测温过程中存在一定的滞后现象。为了补偿这种滞后产生的动态测温误差，本文建立了黑体空腔钢水连续测温传感器的传热模型，通过传热模型对其动态特性进行研究，建立了热响应函数与动态测温影响因素的关系，并将其应用到了动态测温补偿中。
　　本文首先在分析钢水连续测温传感器传热过程的基础上，建立了传感器的三维非稳态传热机理模型，并根据传热微分方程及定解条件，利用有限元分析方法建立了连续测温传感器的有限元传热模型;然后对其准确性进行了研究，并基于传感器物性参数随温度变化而变化，通过ANSYS优化设计方法对所建模型物性参数进行了校正，建立了物性参数与温度的关系，校正后所得模拟结果通过与鞍钢动态测温数据验证，最大误差小于5℃，所建模型正确。
　　在数值模拟结果应用方面，本文在优化模型基础上，选取一阶函数作为热响应函数的基本形式，通过对动态测温影响因素分析，找到了热响应函数的不同参数与不同影响因素的关系，并通过正交试验建立了响应函数的参数与影响因素的函数关系式，确定了参数的取值范围。之后将其应用到了现场数据的预估补偿中，在动态测温误差小于7℃的情况下，传感器的平均响应时间由原来的193s缩短到了50s，达到了设定的动态测温补偿目标，对减小温度测量对铸坯质量的影响具有重要作用。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外动态测温的研究现状

1．2．1 传感器动态特性研究现状

1．2．2 传感器动态测温建模研究现状

1．3 有限元分析方法与软件简介

1．4 课题研究的主要内容

第2章 钢水连续测温传感器有限元传热模型的建立

2．1 黑体空腔钢水连续测温传感器简介

2．2 黑体空腔钢水连续测温传感器传热机理分析

2．2．1 黑体空腔钢水连续测温传感器传热过程分析

2．2．2 黑体空腔钢水连续测温传感器非稳态传热微分方程

2．2．3 定解条件

2．3 黑体空腔钢水连续测温传感器动态测温的ANSYS数值模拟

2．3．1 温度场ANSYS模拟流程

2．3．2 热物性参数的确定

2．3．3 几何模型的建立

2．3．4 网格划分

2．3．5 模型载荷的施加及求解

2．4 本章小结

第3章 钢水连续测温传感器传热模型的准确性研究

3．1 传热模型的准确性分析

3．2 基于ANSYS的参数优化设计

3．2．1 优化变量的确定

3．2．2 优化参数初始值的确定

3．3 ANSYS优化方法

3．4 优化设计过程

3．5 优化结果及分析

3．5．1 优化变量的变化情况

3．5．2 优化前后参数对比及合理性分析

3．5．3 优化参数与温度的关系

3．6 优化结果验证

3．7 本章小结

第4章 传感器传热模型在温度测量误差动态补偿中的应用

4．1 动态补偿问题的提出

4．2 热响应函数的建立

4．2．1 热响应函数的确定

4．2．2 影响温度动态测量曲线的因素分析

4．2．3 热响应函数参数范围的确定

4．3 动态预估补偿方法

4．3．1 遗传算法的基本原理

4．3．2 遗传算法的实施过程

4．4 温度预估补偿结果分析

4．5 预估补偿的误差来源分析

4．6 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 下一步工作展望

参考文献

致谢