铸轧辊内部冷却水流场及轧辊温度场仿真分析

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双辊薄带铸轧技术被认为是冶金领域的一项前沿技术,现在己经广泛应用于有色金属的工业生产中,它的工艺是将凝固与塑性成形过程融为一体,开辟了许多深层次的基础性研究领域,包括化学冶金、力学冶金、材料科学等。在轧制过程中,铸轧工艺参数的选择至关重要。利用现代数值模拟技术对铸轧过程中冷却水的流场、温度场以及辊套的温度场进行分析研究,有利于推动铸轧理论与技术的发展。本课题是以燕山大学机械工程学院和材料学院共同研制的实验铸轧机为研究对象,来分析冷却水的流场、温度场以及铸轧辊辊套的温度场。首先,本文对冷却水的湍流模型进行了数学描述,并确定了轧辊温度场仿真所需的传热学方程及边界条件。其次,利用三维建模软件对冷却水进行了建模。考虑轧辊旋转效应,同时忽略温度变化对冷却水的影响,从纳维托克斯方程(N-S方程)出发,运用RNG kε湍流模型对轧辊内部的冷却水流场分布进行模拟计算,以云图、曲线图以及流线图的形式来反映冷却水流场的分布情况。通过分析得出了由于轧辊的旋转作用,使得四个出水孔靠近外壁处的等高线成近似圆形,而中心处附近成月牙形状。最后,利用三维建模软件对辊套、辊芯进行建模。详细分析了轧辊热流输入输出关系。在流场分析的结果上,结合流体的能量控制方程,利用Fluent软件对冷却水以及辊套的温度场进行了分析模拟。由于辊子外表面的周期性变化的边界条件无法直接加载,所以用C语言对Fluent进行了二次开发,得出了冷却水在铸轧区附近以及出口处的温度分布情况。同时,用Galerkin法对辊套温度场进行了近似求解,将仿真结果与之比较,得出这两种结果基本吻合,这为以后实际的铸轧生产提供了理论参考。
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