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连铸热过程数学模型的建立2.1连铸热过程数学模型的建立连铸热过程为连铸坯的凝固冷却过程。
连铸坯在凝固过程中，凝固传热量不仅影响铸机生产效率和设备寿命，而且对铸坯的表面质量和内部质量都有重要影响。
因此薄板坯凝固传热规律的研究，对该工艺的生产和设计，都具有十分重要的意义。
板坯凝固冷却过程可分为三个阶段:(1)结晶器冷却。
钢液在近结晶器壁处快速冷却，形成薄的坯壳;(2)二冷区冷却。
坯壳具有足够厚度时，铸坯从结晶器中拉出，在二冷区受到强烈的喷水冷却，液芯逐渐凝固;(3)空冷区冷却。
铸坯在空气中较缓慢地冷却，铸坯断面上温度逐渐趋于均匀。
根据板坯的凝固冷却过程，连铸热过程数学模型包括结晶器、二冷区和空冷区这三部分。
结晶器中热传递主要沿水平方向进行。
传热过程包括:(1)钢水以对流和导热形式将热量传给坯壳;(2)凝固坯壳的导热;(3)凝固坯壳与结晶器壁的传热;(4)结晶器壁的导热;(5)喷淋水与结晶器壁的强制对流传热。
其中在传热过程(3)中，填充于铸坯壳与结晶器壁气隙中的渣膜控制铸坯壳向结晶器的传热量，在结晶器的传热过程中显得尤为重要。
因此，应进一步分析气隙中渣膜特性对传热的影响，建立坯壳与结晶器气隙的传热模型。
为全面分析结晶器的传热，将该模型于铸坯凝固和结晶器壁的传热祸合起来，建立统一的结晶器传热数学模型。
带有液芯的铸坯进入二冷区达到完全凝固。
在二冷区铸坯向外传热方式主要有:(1)由喷射水滴蒸发带走的热量;(2)铸坯表面与周围环境的辐射换热;(3)铸坯与支撑辊、导辊的接触换热。
喷淋水和支撑辊、导辊与铸坯的传热对铸坯内液芯长度的控制十分重要。
铸坯进入拉矫机后进入空冷区，铸坯主要以辐射换热方式和自然对流的方式进行冷却。
2.1.1 基本假设为建立连铸过程温度场数学模型，需对物理模型进行简化，作如下假设:(1)连铸生产线工况稳定;(2)由于铸坯的贝克来数很高(～ 105)，忽略整个铸坯沿拉坯方向传热; (3)钢液面上保护渣具有保温作用，忽略钢液表面的散热量;(4)沿结晶器和薄板坯宽度方向传热具有对称性，只计算1/2截面的温度场; (5)注入结晶器的钢液温度恒定;(6)结晶器壁与坯壳间的气隙层厚度不随位置和时间变化; (7)不考虑结晶器内凝固壳表面的振痕对传热的影响。
《板坯连铸结晶器内三维流热固耦合数值模拟研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，板坯连铸作为冶金工业中的重要工艺之一，其技术进步对钢铁产业的可持续发展起着决定性作用。
在板坯连铸过程中，结晶器作为关键设备之一，其内部流场和温度场的分布对铸坯的质量具有重要影响。
为了更准确地描述和优化这一过程，本研究采用了三维流热固耦合数值模拟方法对板坯连铸结晶器内的流动与传热行为进行研究。
二、研究背景与意义传统的板坯连铸过程通常依靠实验观察和经验模型来分析和预测。
然而，这种方法既费时又成本高昂，且难以准确反映结晶器内部复杂的流场和温度场分布。
因此，采用数值模拟方法进行深入研究显得尤为重要。
三维流热固耦合数值模拟技术能够有效地模拟结晶器内的流动、传热和固相变化等复杂过程，为优化连铸工艺、提高铸坯质量提供理论依据。
三、研究方法与模型建立本研究采用三维流热固耦合数值模拟方法，建立了板坯连铸结晶器内的物理和数学模型。
模型考虑了结晶器内部的流动、传热、相变以及材料性质等复杂因素。
通过建立合理的网格系统和边界条件，确保了模拟结果的准确性和可靠性。
四、结果与分析4.1 流场分析通过对结晶器内流场的模拟，我们得到了板坯连铸过程中流体的速度、流向和涡旋等详细信息。
分析表明，结晶器内的流场分布受到多种因素的影响，如浇注速度、结晶器形状和尺寸等。
优化这些参数可以有效改善流场的分布，从而提高铸坯的质量。
4.2 温度场分析模拟结果显示，结晶器内的温度场分布受到流体流动、热量传递和相变等多种因素的影响。
通过对温度场的分析，我们可以了解铸坯在凝固过程中的温度变化规律，为优化连铸工艺提供依据。
4.3 三维流热固耦合模拟结果将流场和温度场的结果进行耦合分析，我们可以得到结晶器内流体流动与传热的相互作用关系。
这有助于我们更全面地了解板坯连铸过程中的物理现象，为优化工艺参数提供有力支持。
五、讨论与展望本研究通过三维流热固耦合数值模拟方法对板坯连铸结晶器内的流动与传热行为进行了深入研究。
薄板坯连铸凝固过程的数值模拟技术及应用薄板坯连铸凝固过程数值模拟一直是冶金领域中研究的重点，旨
在提高铸坯的质量和生产效率。
本文将从计算方法、模型建立、参数
选择等方面详细介绍薄板坯连铸凝固过程的数值模拟技术及应用。
计算方法：薄板坯连铸凝固过程的数值模拟可采用有限元方法、
有限体积法、边界元法等多种计算方法。
其中有限元法是应用最广泛
的方法，其主要思想是把物体离散成有限数量的单元，在每个单元内
建立数学模型，通过有限元之间的连接关系来模拟整个物体的动态、
力学及热力学性质。
模型构建：薄板坯连铸凝固过程的数值模拟需要建立复杂的数学
模型，主要包括物理模型、数学模型和计算模型等。
其中物理模型描
述了物质在实际生产过程中的变化规律，数学模型则是对物理模型的
抽象和简化，计算模型则是运用计算机对数学模型进行求解得到数值解。
在模型构建中，还需要考虑铸坯形变、物质流动、热传导等多种
机理。
参数选择：薄板坯连铸凝固过程的数值模拟需要选择合适的参数
才能得到适合实际工艺的模拟结果。
参数选择中涉及到温度梯度、结
晶生长速度、界面热阻等多个因素的综合考虑。
应用场景：薄板坯连铸凝固过程的数值模拟技术已广泛应用于钢铁、铝合金等行业的生产过程中，有效提高了铸坯的质量和生产效率。
同时，数值模拟技术也成为创新的生产手段，为钢铁、铝合金等行业的技术升级和发展带来积极的推动作用。
魏巍 吴贺 郗瑶 尹志钊 郄亚娜 张惠娟《耦合流动和凝固过程连铸结晶器内数学模型的建立》研究第1章问题描述一、研究任务建立了一种耦合连铸结晶器内流动和传热过程的数学模型，介绍了模拟计算中处理非线性问题的几个措施。
二、相关概念及理论凝固和流动是连铸结晶器内影响操作过程和铸坯质量的两种重要现象。
最早是Mizikar在说明结晶器内传热和凝固过程时，提出了有效导热系数。
在他的研究中，采用一个简化方法考虑流动对传热的影响，将钢液中的传热系数加大为固相的几倍，而不具体考虑其他影响传热的因素。
从生产条件下的方便应用考虑，这种有效导热系数的方法可以基本反映出结晶器内的冷却条件和帮助建立二冷区的操作制度，但从深入研究真实现象考虑，这一方法对研究凝壳的生长过程是有缺陷的，因为忽略了液池内流动及其对横截面方向传热的不同影响。
魏巍 吴贺 郗瑶 尹志钊 郄亚娜 张惠娟三、研究现状托马斯提出了多个结晶器内流动的模型。
在这些模型中，他假设液池有一个固定的形状，忽略了长大中的凝壳对流动的影响，而且认为边界层流速为零。
弗林特可能是第一位将连铸结晶器内流动和凝固耦合起来进行模拟的研究者，他利用商业软件做了计算。
但是，利用通用软件计算一些比较复杂体系，如连铸结晶器时，有时可能出现与实物现象较大的偏差。
四、研究方法考虑各种过程耦合作用下连铸结晶器内的传输现象，提出的数学模拟要求求解连铸结晶器内的流体动量传输方程、对流和传导的传热方程，引入凝固壳受钢液流动影响而移动着的边界条件。
第二章 算法研究一、数学模型假设建立数学模型时假设如下：魏巍 吴贺 郗瑶 尹志钊 郄亚娜 张惠娟（1）铸坯无弯曲和矫直；（2）忽略弯月面的影响；（3）稳态；（4）表面以上为室温；（5）钢液凝固不考虑过冷。
二、控制方程连续性方程：动量方程：能量方程：j j x u i i j j i eff j j i j x p x u x u x x u u魏巍 吴贺 郗瑶 尹志钊 郄亚娜 张惠娟式中，μeff 为有效黏度系数，由k -ε 双方程模型处理；Cp 为钢液热容；K eff 为钢液有效导热系数；L 为钢的潜热；f 为固相分数。
