线性电磁搅拌过程的三维电磁场、流场的数值模拟

摘要

该文采用数值模拟的方法对电磁搅拌作用下钢液内的电磁场特性、钢液流动及其传热过程进行分析,并对各种工艺参数和电磁参数对铸坯凝固过程的作用规律进行了深入研究,以指导连铸生产.该文利用工业分析软件ANSYS5.6,以电磁场和流场基本理论为基础,建立了电磁搅拌作用下铸坯内的电磁场、流场和温度场三维有限无数学模型.利用该模型,对静态浇注实验中的电磁搅拌过程进行了模拟.本文疥步探讨了线性搅拌器电磁参数和工艺参数对搅拌效果的影响.搅拌器电流强度的增加和电流频率的增大均有利于提高搅拌强度,扩大搅拌范围.相位匹配均衡时,钢液中的磁感强度作用范围大,搅拌效果优于相位匹配不均衡的情况.

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第一章概论

1.1电磁连铸的开发与应用

1.2连铸电磁搅拌概述

1.2.1国内、外电磁搅拌技术的发展及应用现状

1.2.2电磁搅拌技术在连铸中的作用

1.2.3电磁搅拌器简介

1.3连铸电磁搅拌存在的问题

1.3.1在搅拌器使用过程中出现的问题

1.3.2电磁搅拌下钢液凝固机理不完善

1.3.3数值计算方法不完善

1.4本文研究的目的及主要内容

第二章电磁搅拌过程数值模拟的理论基础

2.1 ANSYS简介

2.2电磁场理论分析基础

2.2.1电磁场基本方程

2.2.2磁矢势法

2.2.3使用复数形式的时谐电磁场分析

2.2.4电磁场方程的离散

2.2.5磁矢位分析结果

2.3流体动力学分析基础

2.3.1连续方程

2.3.2动量方程

2.3.3能量方程

2.3.4湍流模型

2.3.5流场方程的离散

2.3.6方程的收敛性和稳定性

2.4钢液电磁场与流场耦合求解

第三章线性电磁搅拌作用下钢液磁场、流场的三维数值模拟

3.1实体模型的建立

3.2电磁搅拌过程中物性参数的选取

3.3有限元模型的建立

3.4求解

3.5结果分析

3.5.1电磁搅拌作用下钢液内磁感应强度的分布

3.5.2电磁搅拌作用下钢液内感应电流密度的分布

3.5.3电磁搅拌作用下钢液内感应电磁力的分布

3.5.4电磁搅拌作用下钢液内焦耳热的分布

3.5.5电磁搅拌作用下钢液内的流场

3.5.6钢液内流场对铸坯质量影响的分析

3.6本章小结

第四章电磁搅拌参数对钢液流动的影响

4.1电磁参数对线性电磁搅拌作用下钢液流动的影响

4.1.1电流强度对钢液流动的影响

4.1.2电流频率对钢液流动的影响

4.1.3时谐电磁场的相位均衡性对电磁搅拌的影响

4.2搅拌器的安装对钢液搅拌效果的影响

4.3搅拌参数的调节

4.4本章小结

第五章电磁搅拌对连铸钢液温度的影响

5.1金属的凝固组织

5.2金属凝固组织的控制

5.3电磁搅拌对连铸过程钢液温度场的影响

5.3.1温度场分析条件

5.3.2连铸过程中电磁搅拌对钢液流场的作用效果

5.3.3连铸过程中电磁搅拌对钢液温度场的作用效果

5.3.4连铸过程中电磁搅拌产生的焦耳热对钢液温度场的影响

5.3.5工艺参数的影响

5.4本章小结

第六章结论

参考文献

主要符号列表

致谢

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