能量注入方式对钢坯温度响应特性的影响

摘要

在钢铁的生产过程中节约能源、降低生产成本是一个重要问题。加热炉是钢铁生产中主要的耗能设备之一，加热炉热过程是一个包括燃料燃烧、传热、流动等复杂的过程。在实际的加热炉内，热能进入钢坯的方式通常是不均匀的。为了定量地分析确定这种不均匀性对钢坯内部温度分布和升温速度的影响，研究不同能量注入方式下钢坯的温度特性，为更好的组织加热炉内复杂的燃烧和传热提供科学依据。 采用点、线、面三种最基本的能量注入方式结合钢坯非稳态导热的原理建立钢坯传热数学模型。采用分离变量法和傅立叶级数展开等方法求解钢坯热过程传热模型，获得了钢坯非稳态导热的精确分析解，并基于MATLAB平台开发了钢坯热过程数字仿真系统。和文献实验、FEMLAB数值计算结果进行了对比，验证了钢坯热过程数字仿真系统的有效性、经济性、准确性、迅速反映钢坯内部及表面温度场等功能。 针对不同能量注入方式、不同热流密度、不同加热时间以及不同热物性参数等影响因素，分析钢坯的温度响应特性。研究表明：三种能量注入方式引起的钢坯内部温度分布特点各不相同，面热源能量注入方式的加热均匀性和加热速度要优于点、线热源能量注入方式。设定物体体积的63.2％达到1200℃时的加热时间为特征时间，在相同物性参数和热流密度条件下，点、线、面三种能量注入方式下加热钢坯的特征时间分别为78039s、66876s和49392s，面热源模型的加热速度分别是点热源模型和线热源模型的1.58和1.35倍；在相同能量注入方式和物性参数条件下，进入加热正规期后，钢坯断面上的温差为定值，该值与表面的恒热流密度成正比；当物体的p·c<,p>为一定值情况下，热导率与特征时间成反比，热导率取值在大于30W(m·K)时，特征时间趋于定值。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：主要符号表

原创性声明及关于学位论文使用授权说明

第一章绪论

第二章钢坯热过程数学分析

第三章钢坯热过程数字仿真系统的开发

第四章数字仿真系统有效性的验证

第五章钢坯温度响应特性影响因素分析

第六章总结与展望

参考文献

在校主要研究成果

致谢