多模式磁场电磁搅拌器磁流耦合数值模拟及工艺参数优化

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电磁搅拌(Electromagnetic Stirring;EMS)技术广泛应用于连铸生产中。电磁搅拌是电磁电器激发的交变磁场渗透到钢水中,在其中感生起感应电流,该感应电流与当地磁场相互作用,产生洛伦兹力带动钢水运动。电磁搅拌技术是把电磁搅拌器与铸坯作为一个整体来考虑,其分类也必须涉及电磁搅拌器本身以及与铸坯相关联的搅拌器的安装位置和铸坯内钢水的流动形态。本课题选取了一种,多模式磁场坩埚电磁搅拌器,该电磁搅拌器是针对科研院校的研究实验要求,由高校与电磁搅拌器制造厂商共同研制。本论文以多模式磁场坩埚电磁搅拌器为研究对象,利用Ansoft Maxwell软件建立电磁搅拌器的电磁场数值分析模型,求解获得各模式磁场电磁搅拌过程中坩埚内电磁场分布规律以及各项工艺参数对电磁场的影响。在各类磁场型电磁搅拌作用下,磁场分布各具特征,可对不同类型的铸坯产生相应的冶金效果。通过改变电磁搅拌的各项工艺参数,可调节磁场的大小和形态。利用Fluent软件建立电磁搅拌器内坩埚以及金属熔体的流场计算模型,从电磁场模拟结果中导出X、Y、Z各向磁感应强度以及各节点的位置信息,利用自编MATLAB程序,转化出“mag”格式磁场文件,该文件类型可用于Fluent中的MHD(磁流体动力学)接口,为流体加载上特定磁场文件,求解获得金属熔体流场分布规律以及各项工艺参数对于流场的影响。通过对坩埚内流体在电磁搅拌过程中的流场数值模拟,体现出了各类磁场对于金属熔体流动的影响,结合磁场数值模拟结果,综合得出了工艺参数的改变与流体运动分布之间的关系。根据数值模拟分析的结果,我们得出合理工艺参数的范围,通过实验室的多模式磁场电磁搅拌实验平台,利用得出最优工艺参数区间进行材料试验,进一步对工艺参数进行对比优化试验。
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