冶金过程数值模拟

电渣重熔过程渣池流场数值模拟王晓花;厉英【摘要】采用商业软件ANSYS和FLUENT建立了电渣重熔过程渣池流场数学模型,分析了电渣重熔过程电磁力和热浮力共同作用下渣池流动行为,以及典型电渣重熔工艺参数(电极形貌、插入深度、填充比和电流强度)对电渣重熔过程渣池内流场的影响规律.结果表明:电磁力有利于渣池内产生逆时针涡流,浮力有利于渣池产生顺时针涡流.电极端部形貌对渣池流动影响较大,当电渣重熔电流均为5000A,频率为50 Hz时,平头电极所在渣池内同时存在逆时针涡流和顺时针涡流,锥形电极所在渣池内只存在逆时针涡流.电极填充比和电流都对渣池内流动行为影响较大,减小电极填充比和增大电流强度都会使渣池内逆时针涡流增加.【期刊名称】《材料与冶金学报》【年(卷),期】2014(013)002【总页数】6页(P133-137,151)【关键词】电渣重熔;渣池;流场;数值模拟【作者】王晓花;厉英【作者单位】东北大学材料与冶金学院,沈阳110819;东北大学材料与冶金学院,沈阳110819【正文语种】中文【中图分类】TG142.4电渣重熔获得的最终产品具有成分均匀、杂质含量低、凝固组织致密等优点.因此，电渣重熔被广泛应用于高附加值特殊钢和镍基超级合金生产［1～4］.渣池在电渣重熔电流作用下产生大量焦耳热熔化自耗电极，并在金属熔滴形成和下落过程中去除金属熔滴中的夹杂物和有害元素，从而达到净化金属溶液的目的.电渣重熔过程电磁力和热浮力作用使得渣池内熔渣产生复杂的湍流流动，影响金属熔滴流动和温度以及金属熔滴净化效果，从而影响最终重熔钢锭成分和组织均匀性.因此，电渣重熔过程渣池流动行为研究对于制定合理的电渣重熔工艺，生产高质量钢锭至关重要.鉴于电渣重熔过程渣池内发生复杂的物理化学变化，且渣池为非透明材料，很难由物理方法直接观察渣池内部情况，而数值模拟对于高温冶金过程传输现象研究是一种行之有效的方法，因此越来越受到冶金工作者的重视.以Choudhary和Sezekely［1～3］为代表的研究者首先开始采用耦合Maxwell方程、湍流Navier－Stokes方程和能量守恒方程的方法，研究了电渣重熔过程渣池内熔渣流动行为.随后以Ferng、Jardy和Weber为代表的研究者［4～6］进一步分析了供电模式、填充比和熔渣物性参数对电渣重熔过程渣池流动行为的影响，但大多忽略了渣池温度分布不均产生的热浮力对渣池流动行为的影响.魏季和任永莉［7，8］研究了电渣重熔过程电磁场对渣池流动行为的影响，但忽略了电渣重熔过程渣池内部温度分布不均产生的热浮力对渣池流动行为的影响.尧军平、刘福斌、董艳伍等［9～12］为代表的研究者采用ANSYS分析了电渣重熔过程操作参数对渣池流动行为的影响.然而要充分了解电渣重熔过程传输现象，还需要进一步完善其他因素的影响，特别是电磁力和热浮力共同作用下渣池的流动行为［13，14］.本研究在前期建立的电渣重熔电磁场数学模型［15］基础上，耦合电渣重熔过程流场和温度场数学模型，分析了电磁力和热浮力共同作用下电渣重熔渣池内熔渣流动行为，以及电渣重熔操作参数(电极形貌、电流强度和填充比)对渣池流场的影响规律.电渣重熔过程中电磁场、温度场和流场相互作用，对渣池内熔渣流动行为影响较为复杂.为了简化计算，本研究作如下假设:(1)电渣重熔达到稳定后，在较短时间内处于准稳态过程;(2)电极端部与渣池接触处温度为重熔金属的液相线温度;(3)结晶器绝缘，没有电流通过结晶器;(4)渣的密度随温度变化.连续性方程:动量方程:式中电磁力为:根据Boussinesq假设，与温度相关的密度变化仅出现在动量方程的浮力项.因此，电渣重熔过程渣池内熔渣温度分布不均所引起的热浮力对渣池运动的影响，可将浮力项直接包含在动量方程.能量方程:采用k－ε双方程模型［16］描述渣池内湍流流动:湍动能方程:湍动能耗散率方程:式中湍动能产生项:以上各式中:u为速度矢量，m/s;p为压强，Pa;ρ为熔体密度，kg/m3;cp为等压比热容，J/(kg·℃);λeff为有效导热系数，W/(m·℃);QJ为体积焦耳热，W/m3;t为时间，s;μ为层流黏度系数，P a·s;μt为湍流黏度系数，Pa·s;k为湍动能，m2/s2;μ0为真空磁导率，1.26×10－6H/m; J为感应电流密度，A/m2;H为磁场强度，A/m; T和T0分别为熔渣温度和参考温度，℃;k－ε双方程模型中通用系数均采用Launder和Spalding推荐数值［16］.温度场边界条件:渣/电极界面为常温度边界条件，为了简化取自耗电极液相线温度;渣/空气界面为辐射边界条件;渣/结晶器和渣金界面为对流换热边界条件.流场边界条件:渣/电极界面和渣/结晶器界面采用无滑移边界条件;渣金界面和渣自由表面采用零剪切力边界条件.本研究针对单电极电渣重熔系统，结晶器直径为 0.36 m，电极直径为 0.10 m，渣池厚度0.20 m，渣黏度0.03 Pa·s［12］.图1为电渣重熔模型计算区域示意图.采用大型有限元商业软件ANSYS对电渣重熔过程电磁场进行分析，具体的计算方法可详见笔者前期工作［15］，在此不再赘述.将电磁场分析得到的体积电磁力和体积焦耳热存储成一定格式的数据文件，并采用FLUENT的UDF二次开发接口函数读入到Fluent所建立的电渣重熔渣池模型，从而耦合求解电磁力和热浮力共同作用下电渣重熔过程渣池流动行为.图2为电渣重熔电流5 000 A，频率50 Hz时，电极端部形貌对渣池流场的影响. 从图2中可以看出电极端部为平面时，渣池内部同时存在一个逆时针涡流和顺时针涡流，液渣流动速度介于0～0.05 m/s之间且最大速度位于渣池中心轴线处附近.电极与结晶器壁之间的逆时针涡流是电磁力和浮力共同作用的结果，这是因为电磁力驱动的逆时针流动强于位于结晶器壁和电极冷面之间的热流体浮力驱动的顺时针流动.由于渣池内靠近结晶器壁径向上存在较大的温度梯度，使得浮力占据主导地位，因而渣池内靠近结晶器壁存在顺时针方向的涡流.电极端头为平面时，渣池内流动特征与Choudhary和Szekely的研究结果［1］基本一致，同时说明了模型准确可靠.当电极端头为锥形时，渣池内仅存在逆时针涡流，这是由于电磁力较浮力强，使得渣池内产生逆时针流动，且流速介于0～0.20 m/s之间，最大流速同样位于中心渣池轴线处附近.图3为不同电极形貌对渣池内温度场的影响.从图中可以看出当电极端部为平面时，渣池内最高温度区域位于电极下方，电极/渣池界面和渣池/结晶器界面处温度梯度最大.渣池内电磁力和热浮力共同驱动下产生的逆时针涡流和顺时针涡流使得渣池内流动剧烈并使渣池内高温区扩大，温度趋于均匀.当电极端部为锥形时，由于电渣重熔过程产生的电磁力驱动熔渣成逆时针流动，促使熔渣温度逐渐均匀，并在涡流中心出现温度最高值.图4为电渣重熔电流5 000 A，频率50 Hz时，平头电极插入渣池深度对渣池流动行为的影响.从图4中可以看出随着电极插入深度的减少，渣池内部电极与结晶器壁之间，由于电磁力占主导作用所产生的逆时针回旋区逐渐缩小，而由于热浮力占主导作用而在渣池内靠近结晶器壁处所产生的顺时针回旋区逐渐扩大.当平头电极插入深度减少到0.02 m时，渣池内部电极与结晶器壁间的逆时针回旋区无限趋近消失，但在渣池内部电极下方出现逆时针回旋区.图5为电渣重熔电流5 000 A，频率50 Hz时，填充比(电极半径/结晶器半径)对渣池流场行为的影响.从图5中可以看出随着填充比的增加，由电磁力所引起的位于电极与结晶器壁之间的逆时针涡流逐渐减弱.相反，顺时针涡流逐渐增强.这是由于随着填充比的增加，渣池内部电流分布发生变化，体积电磁力减小，最大焦耳热也相应减小，但位置更加靠近结晶器壁，从而使得渣池内部电磁力的主导地位逐渐降低，靠近结晶器壁处热浮力作用逐渐增强.图6为填充比0.56和插入深度0.04 m时，不同电流强度对电渣重熔渣池内流场的影响.从图6中可以看出随着电流强度的降低，渣池内部的体积电磁力减小，从而使渣池内由电磁力占主导作用引起的位于电极与结晶器壁之间的逆时针涡流逐渐减小.相反，由于电磁力逐渐减小，渣池内热浮力逐渐占主导地位，从而使渣池内部由热浮力占主导地位产生的靠近结晶器壁的顺时针涡流逐渐增强.通过计算定量分析可知随着电渣重熔电流强度从6 000 A降低到4 000 A，渣池内部最大流速从0.06 m/s降低到0.04 m/s.本文建立了耦合电渣重熔过程渣池内电磁场、温度场和流场的数学模型，分析了电磁力和热浮力作用下，不同电渣重熔工艺参数(电极形貌、插入深度、填充比和电流强度)对渣池流场的影响规律.(1)电渣重熔过程渣池内熔渣流动行为受电磁力和热浮力共同作用.电磁力有利于渣池内产生逆时针涡流，热浮力有利于渣池产生顺时针涡流.(2)电渣重熔过程渣池流场受电极形貌影响较大.电渣重熔电流5 000 A，频率50 Hz时，电极端部为平面，渣池内部同时存在逆时针涡流和顺时针涡流;电极端部为锥形，渣池内部只存在逆时针涡流.(3)电极插入深度、填充比和电流强度都会影响电渣重熔过程渣池内熔渣流动行为.增加电极插入深度、减小填充比和增大电流强度都会使渣池内部逆时针涡流增强.【相关文献】［1］Dilawari A H，Szekely J.Heat transfer and fluid flow phenomena in electroslag refining［J］. Metallurgical Transaction B，1978，9B(1):77－87.［2］Choudhary M，Szekely J.The modeling of pool profiles，temperature profiles and velocity fields in ESR systems［J］.Metallurgical Transaction B，1980，11B(3):439－452. ［3］Choudhary M，Szekely J，Medovar B I，et al.The velocity field in the molten slag region of ESR systems:a comparison of measurements in a model system with theoretical predictions［J］.Metallurgical Transaction B，1982，13B(1):35－43.［4］Ferng Y M，Chieng C C，Pan C.Numerical simulation of electro－slag remelting process［J］.Numerical Heat Transfer A，1989，16(4):429－449.［5］Jardy A，Ablitzer D，Wadier J F.Magnetohydrodynamic and thermalbehavior of electroslag remelting slags［J］.Metallurgical and Materials Transactions B，1991，22B(1): 111－120.［6］Weber V，Jardy A，Dussoubs B，et al.A comprehensive model of the electroslag remelting process:description and validation［J］.Metallurgical and Materials Transactions B，2009，40B(3):271－280.［7］魏季和，任永莉.电渣重熔体系内磁场的数学模拟［J］.金属学报，1995，31(2):51－60. (Wei Jihe，Ren Yongli.Mathematical simulation of magnetic field in ESR system［J］.Acta Metallurgica Sinica，1995，31 (2):51－60.)［8］魏季和，任永莉.电渣重熔体系内熔渣流场的数学模拟［J］.金属学报，1994，30(11):481－490.(Wei Jihe，Ren Yongli.Mathematical modelling of slag flow field in ESR system［J］.Acta Metallurgica Sinica，1994，30 (11):481－490.)［9］尧军平，徐俊杰.电渣熔铸过程渣池流场的模拟研究［J］.铸造，2007，56(7):712－715. (Yao Junping，Xu Junjie.Simulation analysis of the slag pool flow field in the electroslag casting process［J］.Foundry，2007，56(7):712－715.)［10］刘福斌，姜周华，藏喜民，等.电渣重熔过程渣池流场的数学模拟［J］.东北大学学报(自然科学版)，2009，30(7): 1013－1017.(Liu Fubin，Jiang Zhouhua，Zang Ximin，et al.Mathematical modelling of flow field in slag bath during electroslag remelting［J］.Journal of northeastern university(natural science)，2009，30(7):1013－1017.)［11］Dong Y W，Jiang Z H，Li Z B.Mathematical model for electroslag remelting process［J］.Journal of Iron and Steel Reasearch，2007，14(5):7－12.［12］Dong Y W，Jiang Z H，Liu H，et al.Simulation of multielectrode ESR process for manufacturing large ingot［J］.ISIJ International，2012，52(12):2226－2234.［13］Hernandez－Morales B，Mitchell A.Review of mathematical models of fluid flow，heat transfer，and mass transfer in electroslag remelting process［J］.Ironmaking and Steelmaking，1999，26(6):423－438.［14］Mitchell A.Solidification in remelting process［J］.Materials Science and Engineering A，2005，413－414:10－18.［15］王晓花，厉英.电渣重熔过程电磁场和温度场数值模拟［J］.东北大学学报(自然科学版)，2014，35(6).(Wang Xiaohua， LiYing. Numericalsimulation of electromagnetic field and temperature field of ESR［J］.Journal of northeastern university(natural science)，2014，35(6).) ［16］Launder B E，Spalding D B.The numerical computation of turbulent flows ［J］.Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering，1974，3(2):269－289.。

基于Flow-3D尾矿库漫顶溃坝过程数值模拟
黄泰宇;王光进;王孟来;蓝蓉;刘明生
【期刊名称】《有色金属工程》
【年(卷),期】2024(14)1
【摘要】尾矿库是一个具有高势能的危险源,一旦发生溃坝,将对下游居民的生命财产造成严重威胁。

为了提高尾矿库溃坝灾害预测与应急保障能力,以某尾矿库为工
程背景,开展尾矿库溃坝的室内模型实验,并结合Flow-3D数值仿真技术对尾矿库漫顶溃坝后尾砂流的演进过程进行深入研究。

将室内模型实验和数值模拟结果相互对比,溃坝过程基本吻合,验证了较小缩比尺模型实验的准确性以及数值模拟的可靠性。

数值模拟研究结果表明:溃水的淹没高度和断面流量随溃坝时间的变化整体表现为
前期快速增长及后期的较缓下降,且随着演进距离的增加,淹没高度和断面流量峰值
都明显降低;下游地形影响溃坝尾砂流的流速和演进方向,溃坝尾砂流在下游弯道处
出现“爬高”现象,弯道两岸淹没高度不同,弯道凹岸淹没高度高于另一侧;沟谷与河道的连接处,溃水向河道上下游两边扩散,在河道入口处形成“冲积扇”堵塞河道。

【总页数】11页(P119-129)
【作者】黄泰宇;王光进;王孟来;蓝蓉;刘明生
【作者单位】昆明理工大学国土资源工程学院;云南磷化集团有限公司;昆明有色冶
金设计研究院股份有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TD926.4
【相关文献】
1.粘土心墙坝漫顶溃坝过程离心模型试验与数值模拟
2.尾矿库漫顶溃坝机理与溃坝过程数值模拟
3.基于动态模拟的尾矿库漫顶溃坝模型分析
4.考虑调洪的一维漫顶不溃与漫顶溃坝过程模拟
5.土石坝漫顶溃坝过程离心模型试验与数值模拟(英文)
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沈阳工业大学硕士学位论文焊接温度场和应力场的数值模拟姓名：王长利申请学位级别：硕士专业：材料加工工程指导教师：董晓强 20050310沈阳工业大学硕士学位论文摘要焊接是一个涉及电弧物理、传热、冶金和力学的复杂过程。

焊接现象包括焊接时的电磁、传热过程、金属的熔化和凝固、冷却时的相变、焊接应力和变形等。

一旦能够实现对各种焊接现象的计算机模拟，我们就可以通过计算机系统来确定焊接各种结构和材料的最佳设计、最佳工艺方法和焊接参数。

本文在总结前人的工作基础上系统地论述了焊接过程的有限元分析理论，并结合数值计算的方法，对焊接过程产生的温度场、应力场进行了实时动态模拟研究，提出了基于ＡＮＳＹＳ软件为平台的焊接温度场和应力场的模拟分析方法，并针对平板堆焊问题进行了实例计算，而且计算结果与传统结果和理论值相吻合。

本文研究的主要内容包括：在计算过程中材料性能随温度变化而变化，属于材料非线性问题；选用高斯函数分布的热源模型，利用函数功能实现热源的移动。

建立了焊接瞬态温度分布数学模型，解决了焊接热源移动的数学模拟问题；通过改变单元属性的方法，解决材料的熔化、凝固问题；对焊缝金属的熔化和凝固进行了有效模拟，解决了进行热应力计算收敛困难或不收敛的问题；对焊接过程产生的应力进行了实时动态模拟，利用本文模拟分析方法，可以对焊接过程的热应力及残余应力进行预测。

本文建立了可行的三维焊接温度场、应力场的动态模拟分析方法，为优化焊接结构工艺和焊接规范参数，提供了理论依据和指导。

关键词：焊接，数值模拟，有限元，温度场，应力场沈阳工业大学硕士学位论文ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｗｅｌｄｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄａｎｄｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄＡｂｓｔｒａｃｔＷｅｌｄｉｎｇｉｓａｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｐｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａ／ｐｒｏｃｅｓｓｗｌｆｉｅｈｉｎｖｏｌｖｅｓｉｎｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｓｍ，Ｍａｔｔｒａｎｓｆｅｒｒｉｎｇ，ｍｅｔａｌｍｅｌｔｉｎｇａｎｄｆｒｅｅｚｉｎｇ，ｐｈａｓｅ?ｃｈａｎｇｅｗｅｌｄｉｎｇＳＯｓｔｒｅｓｓａｎｄｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｏｎ，Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｇｅｔｈｉｇｈｑｕａｆｉｔｙｗｅｌｄｉｎｇｓｔｍｃｔｔｌｒｅ，ｔｈｅｓｅｆａｃｔｏｒｓｈａｖｅｔｏｂｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ．Ｉｆｃａｎｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｂｅｓｉｍｕｌａｔｅｄｗｉｔｈｃｏｍｐｕｔｅｒ，ｔｈｅｂｅｓｔｄｅｓｉｇｎ，ｐｍｃｅｄｕｒｅｍｅｔｈｏｄａｎｄｏｐｔｉｍｕｍｗｅｌｄｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｃａｎｂｅｏｂｔａｉｎｅｄ．ＢａｓｅｄＯｉｌｓｕｍｍｉｎｇｕｐｏｔｈｅｒ’Ｓｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ，ｅｍｐｌｏｙｉｎｇｎｕｍｅｒｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓｙｓｔｅｍｉｃａｌｌｙｄｉｓｃｕｓｓｅｓｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌ删ｓｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｂｙｒｅａｌｉｚｉｎｇｔｈｅ３Ｄｄｙｎａｍｉｃｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｗｅｌｄｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄａｎｄｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄ，ｔｈｅｎｕｓｅｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｂｏａｒｄｓｕｒｆａｃｉｎｇｂｙＦＥＭｓｏｆｔＡＮＳＹＳ．Ａｔｔｈｅｔｈｅｏｒｙｒｅｓｕｌｔ．ｓａｍｅｔｉｍｅ．ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔａｃｃｏｒｄｓｗｉｔｈｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔａｎｄＴｈｅｍａｉｎｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆｔｈｅｐａｐｅｒａｒｅａｓｆｏｌｌｏｗｉｎｇ：ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｉｎｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｉｓａｍａｔｅｒｉａｌｎｏｎｌｉｎｅａｒｐｒｏｃｅｄｕｒｅｔｈａｔｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｃｈａｎｇｅｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆＧａｕｓｓａｓｗｉｔｈｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｃｈｏｏｓｅｈｅａｔｓｏｕｒｃｅｍｏｄｅｌ．ｕｓｅｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｃｏｍｍａｎｄｔｏａｐｐｌｙｌｏａｄｏｆｍｏｖｉｎｇｈｅａｔＳ０１２Ｉｅ－２．ＡｍａｔｈｅｍａｔｉｃｍｏｄｅｌｏｆｔｒａｎｓｉｅｎｔｔｈｅｒｍａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｗｅｌｄｉｎｇｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｍｏｖｉｎｇｏｆｔｈｅｈｅａｔｓｏＢｒｃｅ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｍｅｓｈｓｉｚｅ，ｗｅｌｄｉｎｇｓｐｅｅｄ，ｗｅｌｄｉｎｇｃｕｒｒｅｎｔａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｒａｄｉｕｓｅｌｅｃｔｒｉｃａｒｃｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄａ比ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｔｈｅｆｕｓｉｏｎａｎｄｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｍａｔｅｒｉａｌｈａｓｂｅｅｎｓｏｌｖｅｄｂｙｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｃｈａｎｇｉｎｇｔｈｅｅｌｅｍｅｎｔｍａｔｅｒｉａｌ．Ｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｔｈｅｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙｏｒｔｈｅｕｎ—ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅｄｕｒｉｎｇｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｏｆｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｓｌＴｅｓｓｉｓｓｏｌｖｅｄ；ｔｈｒｏｕｇｈｒｅａｌ－ｔｉｍｅｄｙｎａｍｉｃｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｔｒｅｓｓｐｒｏｄｕｃｅｄｉｎｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｓｔｒｅｓｓａｎｄｒｅｓｉｄｕａｌＳｌｌ℃ＳＳｉｎｗｅｌｄｉｎｇｃａｎｂｅｐｒｅｄｉｃｔｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ａｆｅａｓｉｂｌｅｓｌＩｅｓｓｄｙｎ黜ｆｉｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｎ３Ｄｗｅｌｄｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄ，ｏｎｆｉｅｌｄｈａｄｂｅｅｎｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ｗｈｉｃｈｐｒｏｖｉｄｅｓｔｈｅｏｒｙｆｏｕｎｄａｔｉｏｎａｎｄｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．ＫＥＹＷＯＲＤ：Ｗｅｌｄｉｎｇ，ＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ，Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ，Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄ，Ｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄ．２．独创性说明本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

冶金工程书籍第一本：《钢铁制造中的物理冶金学》这本书由美国南卡罗来纳大学的John P. Huges和North Dakota State University的John T. Patton所著，于2007年出版。

这本书主要介绍了钢铁制造中的物理冶金学，内容涉及到钢铁材料的性能、制备和加工等方面。

与传统的冶金学书籍相比，这本书更加注重物理冶金学的原理和应用，深入浅出地阐述了钢铁制造中的各种工艺原理和实践经验。

此外，这本书的另一个特点是提供了大量的图表和数据，使读者能够更好地理解并掌握相关知识点。

第二本：《金属材料制备高效成形过程的数值模拟与智能化研究》这本书由北京科技大学钢铁共性技术中心的黄道琼、左汝林、李全文等人所著，于2010年出版。

这本书主要介绍了金属材料制备高效成形过程的数值模拟与智能化研究，内容涉及到各种金属材料的制备工艺、成形过程以及计算机模拟等方面。

与传统的冶金学书籍相比，这本书更加注重智能化研究的方法和技术，同时也更加系统和深入地介绍了计算机模拟在冶金学领域的应用。

此外，这本书还涉及到许多先进的金属材料制备技术，例如高强度钢的制备和应用、金属基复合材料的制备和性能等。

第三本：《材料成形工艺基础》这本书由哈尔滨工业大学的陈国清所著，于2013年出版。

这本书主要介绍了材料成形工艺基础，内容涉及到各种材料的制备工艺、成形过程以及加工方法等方面。

与传统的冶金学书籍相比，这本书更加注重材料成形工艺的实践和应用，全面系统地介绍了各种材料的制备、加工和成形工艺的原理和实践经验。

此外，这本书还通过大量的图表和数据以及实例分析，使读者能够更好地理解并掌握相关知识点。

第四本：《高性能金属材料及其制备技术》这本书由北京科技大学钢铁共性技术中心的李勇等人所著，于2014年出版。

这本书主要介绍了高性能金属材料及其制备技术，内容涉及到各种高性能金属材料的制备工艺、组织和性能等方面。

与传统的冶金学书籍相比，这本书更加注重各种高性能金属材料的制备工艺和组织性能的介绍和分析，同时也更加系统和深入地介绍了各种先进的金属材料制备技术。

关键词：冶金工程；互联网+；教学设计；教学实践信息化时代学生学习方式、教师授课方式均已发生明显变化，学生对知识内容的诉求，社会对冶金工程学生知识结构、综合能力的诉求也在不断变化[1-2]。

“通专合一”是高素质人才的重要特征，冶金工程作为传统学科在本科教学内容上应与时俱进。

特别在“新工科”建设背景下[3]，遵循OBE教学理念[4-5]，有必要调整和完善互联网+在冶金中的应用选修课程的教学内容。

一、课程内容和教学方式设计对校内外及用人单位的调研表明，社会对冶金工程学生综合能力和知识结构提出了新要求，注重对前沿技术的了解和把握，希望学生拥有交叉学科知识等。

另外，社会重视学生职业规划和专业感情培养，以促使更多人才献身冶金领域。

互联网+在冶金中的应用授课符合社会对人才培养新需求。

基于调研结果，通过教研室讨论，确定授课内容需要包括信息获取、自动化与智能化、大数据、模拟计算等知识与技术，以及其在在冶金中应用的前沿科技介绍。

需要培养学生采用现代信息技术能力、沟通交流能力和团队协作能力，并提升专业感情。

具体内容包括概论部分、文献检索、信号采集与处理、热力学模拟、冶金过程数值模拟、互联网仿真平台、大数据、人工智能及其在冶金中的应用等。

课程性质仍为专业选修课，面向冶金工程大四学生，共32学时，其中4~6学时为小组讨论环节，考核由课程报告与平时成绩构成。

课程由不少于两名具有相关背景的教师任课。

二、教学效果讨论（一）教学效果本次课程有38人选修，授课过程中学生对课程表现出较大的兴趣。

学生均认真学习，小组讨论环节开展了较为热烈且深入的讨论，很多学生对未来冶金领域绿色、智能化进行了展望。

小组PPT报告均涉及“互联网+”在冶金中的应用，包括PLC在冶金中的应用、专家系统在冶金中的应用、人工智能在冶金中的应用、物联网在冶金中的应用等。

所有学生完成了互联网+在冶金中应用相关主题的课程报告，报告内容较为贴切地反映了“互联网+”与冶金的交叉与融合。

1.《最新钢铁洁净生产新技术新工艺及国家强制性标准条文指导手册》[册数规格]：全四卷＋1CD 16开精装，北方工业出版社2007年10月出版[市场价]：￥998元，〔网上优惠价]：￥499元2.《最新炼钢新工艺与核心技术操作要点及现场作业全程控制制度实施手册》罗爱国. 中国工业科技出版社，2007年5月，册数：16开3. 钢中非金属夹杂物《鞍山:鞍钢科技情报研究所》作者：Roland Kiessling和Nils Lange，鞍钢钢铁研究所，中国科学院金属研究所合译4. 《转炉炼钢新工艺、新技术与质量控制实用手册》当代中国音像出版社，2005规格:16开，册数:全四册+电子版光盘5. 最新钢与钢合金牌号参数标准应用手册出版时间:2008年，主编:本书编委会，规格:16开，册数:全5册6.《2007钢铁金相图谱实用大全（修订版）》，本书编委会，2007年5月，册数：16开,精装四册,1张CD-ROM7. 最新钢铁企业GB/T19001-2000、GB/T24001-2004、GB/T图书作者：本书编委会出版，日期：2007年7月册数：16开,精装四册8.《2008钢铁金相图谱》本书编委会，出版日期：2008年，册数：全四卷＋1CD9.《炼钢新工艺与设备安装操作及故障检测维修技术标准实务全书》罗爱国出版社：中国工业科技出版社，出版日期：2008年，册数：16开,精装四册10. 《特殊钢国内外主要技术要求与标准速查手册》出版时间:2007年3月出版:中国冶金出版主编:周洛规格:16开册数:全四册11《钢铁冶炼技术工艺常见疑难问题解答及处理方法》，向亚云，2005年6月，光盘数：一册数：四12金属材料金相热处理图谱与最新检验技术方法标准大全，2009年2月，图书册数：全四卷13《小方坯连铸》主编王浦江14《品种钢连铸坯质量控制技术论文集》15.金属学原理余永宁冶金工业出版社(2000-01出版)16.金属材料学吴承建中国大陆％陈国良中国大陆％强文江中国大陆冶金工业出版社(2000-10出版)17.钢铁材料中的第二相/先进钢铁材料技术丛书雍岐龙冶金工业出版社(2006-07出版)18.金相实验技术/高等学校教学用书冶金工业出版社(2004-01出版)19.实用连铸冶金技术史宸兴冶金工业(2007-06出版)20.低倍检验在连铸生产中的应用和图谱冶金工业出版社(2009-01出版)21.钢材的控制轧制和控制冷却(第2版) 冶金工业出版社(2009-03出版)22.LF精炼技术李晶中国大陆冶金工业出版社(2009-01出版)23.连铸结晶器保护渣应用技术李殿明中国大陆％邵明天中国大陆％杨宪礼中国大陆％等冶金工业出版社(2008-04出版)24.连续铸钢技术丛书连铸结晶器蔡开科等冶金工业出版社2008年10月25．《棒、线材生产新工艺、新技术与产品质量控制实用手册》，安顺达.2006,3，冶金工业出版社第十一篇焊丝生产工艺技术，焊丝概述、CO2气体保护实心焊丝生产技术、气体保护药芯焊丝生产技术、国内焊丝技术发展状况26．英汉冶金工业词典(修订版)(精) 作者：《词典》辑组出版社：冶金工业出版社27．《焊接新技术新工艺实用指导手册》，北方工业出版社，2008，1028《冶金分析前沿(中国金属学会推荐技术和方法-冶金分析丛书(卷一))作者:周巧龙李久进出版社:科学出版社页数:547 出版日期:2004-10-1 版次:开本:大32开，冶金分析是一门多学科交叉的技术科学，它以解决冶金过程及材料研究、生产中的质量控制和性能判据为目标，伴随冶金及材料科学的技术进步，冶金分析所面临的课题己从化学组成的测定，扩展至状态分析、过程响应、统计分布以及与冶金过程控制及材料性能相关的参数的分析。

轧制过程虚拟仿真实验教学培养创新型人才的必要性作者：田亚强李俊国冯运莉李运刚来源：《科技创新导报》 2015年第13期田亚强李俊国冯运莉李运刚(河北联合大学现代冶金技术重点实验室河北唐山 063009)摘要：21世纪是我国现代化建设发展的重要阶段，亟需具有工程设计、工程实践和工程创新能力的专业技术人才，对高等学校创新型人才的培养提出了更高的要求。

随着工业技术的发展，企业对高素质材料成型与控制工程专业技术人才的需求呈现不断增长的趋势，要求毕业生不仅具备扎实的基础理论知识，还应具有突出的创新意识，具有较强的工程实践能力。

但现有实验教学目的更多针对专业基础课程理论知识的锻炼和培养，学生工程实践和创新能力培养面临严峻挑战，通过轧制过程虚拟仿真实验教学资源建设与实践，势必促进材料成型及控制工程专业实验与实践教学方法、手段和管理的创新，全面提升材料成型及控制工程专业本科人才培养质量，提高学生的工程实践能力和创新精神。

关键词：材料成型与控制工程创新型人才虚拟仿真实验教学工程实践能力中图分类号：G642文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2015)05(a)-0217-0121世纪是我国现代化建设发展的重要阶段，亟需具有工程设计、工程实践和工程创新能力的专业技术人才，对高等学校创新型人才的培养提出了更高的要求。

而特色人才培养是我校特别是冶金工程虚拟仿真实验教学中心的重要任务，因此，金属材料工程和材料成型及控制工程专业必须把提高实验教学质量，提高学生创新精神和素质放在重要位置。

为培养出知识面广、基础知识扎实、素质高、动手能力强的高级应用型人才，就必须突破传统的以灌输学生基础理论知识为主的实验教学模式，建立以学生为主体、培养学生综合能力为主的仿真实验教学模式。

1 冶金工程虚拟仿真实验教学中心成立近年来，本着“强化工程训练、启迪创新思维、培养创新能力”教学理念，河北联合大学冶金与能源学院投入大量人力、物力和资金作为支持，大力开展多层次、全方位的教育教学改革，尤其是在学生的实验和实践教学方面，大力推进实验教学资源建设，研发了转炉冶炼静态预报、热轧带钢虚拟仿真、热轧中厚板轧制力能负荷预报和棒线材热轧穿水冷却仿真等教学系统，2010年，冶金工程学科依托“现代冶金技术”教育部和河北省重点实验室，利用我校数字化网络基础平台，将已有数值模拟实验中心、炼铁新技术实验室、连铸工程仿真实验中心、高效轧制仿真实验室等现有虚拟和仿真实验教学资源进行整合，成立了“冶金工程虚拟仿真实验教学中心”。

第23卷第2期2007年10月 山西大同大学学报(自然科学版)Jou rnal of Shanxi Dat ong University(Nat u ral Science) Vol .23.No.2O ct .2007凝固过程数值计算的模拟许芝卉(山西大同大学数学与计算机科学学院,山西大同037009)摘　要:通过对铸件凝固过程中各换热边界条件的研究,建立了凝固过程的二维非稳态温度场计算数学模型;并运用了有限差分方法对模型进行离散,得到大型方程组,并利用超松驰迭代法(即SOR 法)解该方程组,据此,利用Turbo C 编制了计算机程序.上机运行结果表明,可较满意地模拟铸件凝固过程温度场的分布.关键词:铸件　凝固过程　有限差分法　温度场　数值模拟中图分类号:O242.1 文献标识码:A 文章编号:167420874(2007)022******* 随着材料加工科学和技术的发展,凝固技术不断进步,并成为一门科学.凝固科学与凝固技术相互促进,并进一步促进先进材料加工科学和技术的发展,在国民经济和国防建设中发挥着重要作用.凝固科学与技术体系的发展是建立在现代科学的基础上,不断地以数学、物理、化学及工程科学的新成就充实自己,同时又不断从冶金、晶体生长、材料科学、空间科学、化工、电子、信息、计算科学等领域汲取营养,迄今已初步构筑成一个凝固科学与材料凝固加工技术的应用与研究体系,其应用目标是以控制材料组织结构为核心,进而控制构件形状并获得所需要的性能.随着社会需求与科学技术进步的牵引,特别是新材料与制备加工技术的需要,推动凝固科技向更深、更高、更精细和开发新的、综合性更强、超常规的方向发展;并直接推动新材料的研究开发.凝固模拟是采用计算机模拟铸件的凝固过程,并以直观可视的形式把铸件的凝固过程和缺陷位置等形象地显示出来,它是虚拟制造技术在铸造行业的应用和体现.计算机模拟铸件的凝固过程不仅为铸造工艺设计提供了一种科学依据,而且为彻底改变铸造生产劳动密集型传统模式,提高铸造技术水平,进一步发展铸造工艺计算机设计(CA D )、计算机辅助工程(CAE )、计算机辅助制造(CA M )技术奠定了基础.计算机数值模拟包括几何模型的建立,网格点划分,求解条件(初始条件和边界条件)的确定,数值计算,计算结果的处理及图形显示.其所用的数值模拟的基本方法主要是有限差分法,有限元法和边界元法.目前铸造中应用的较多的领域是:(1)凝固过程数值模拟,主要进行铸造过程的传热分析.包括数值计算方法的选择,潜热处理、缩孔缩松预测判别,铸件、铸型界面传热问题处理.(2)流动场数值模拟,涉及动量、能量与质量传递,其难度较大.(3)铸造应力模拟,此项研究开展较晚,主要进行弹塑性状态应力分析.(4)组织模拟,目前尚处起步阶段.分宏观、中观和微观模拟.能计算形核数,分析初晶类型,枝晶生长速度,模拟组织转变,预测机械性能.1　数学模型1.1　凝固过程的导热方程为揭示温度随空间与时间的变化规律,须求助于傅立叶导热微分方程.三维非稳态导热偏微分方程如下:收稿日期5作者简介许芝卉(66),女,山西应县人,硕士,副教授,研究方向计算数学:2007-04-2:19-:.ρc ρ9T 9t =λ(92T 9x 2+92T 9y 2+92T 9z2)+q (1.1)q =ρL 9f s9t(1.2)式中ρ为材料密度(kg/m 3),c ρ为材料的定压比热(J /kg k ),λ为材料的导热系数(W /m K ),T 为温度(K),t 为时间,q 为单位体积的金属在单位时间内释放的潜热,f s 为固相率,L 为凝固潜热(J /kg ).(1.1)和(1.2)联立整理得:ρ(c ρ-L9f s 9T )9T9t =λ(92T 9x 2+92T 9y 2+92T 9z2)(1.3)令c ′=c ρ-L 9f s9T则有:ρc ′9T 9t =λ(92T 9x 2+92T 9y 2+92T 9z2)(1.4)方程(1.4)的形式更适合于利用差分方法求解.剩下的问题就是看如何确定c ′了,图1为合金状态图的一角.图1　具有凝固温度范围的合金状态图由于k 0=c s c L,m =-T L -T c L -c 0,f s =c L -c 0c L -c s上面3式中k 0为分配平衡系数,c s 为固相中溶质浓度,m 为液相线斜率,c L —液相中溶质浓度,T L —液相线温度,T s —固相线温度.由上面3个方程联立可得:f =T -T L()(+T T L )(5)9f 9T =()(+T T L )因此有c ′=c ρ-m c 0L(1-k 0)(c 0m +T -T L )(1.6)另一方面由(1.1)可变成另一种形式:9T 9t =a (92T 9x 2+92T 9y 2+92T9z 2)+q ′(1.7)其中a =λ/ρc ρ,a 为导温系数q ′=q /ρc ρ.上述为非稳态导热条件下的傅立叶导热微分方程.当为稳态导热条件时,有9T /9t =0.1.2　初始条件和边界条件1)初始条件初始条件是指求解问题的初始温度场,也就是在零时刻温度场的分布.它可以是均匀的,此时有T |t =0=T 0,也可以是不均匀的,各点的温度值已知或者遵从某一函数关系,即T |t=0=T 0(x,y,z ).2)边界条件热传导问题的边界条件常以三种形式给出,分别称之为第一类边界条件、第二类边界条件和第三类边界条件.第一类边界条件(又称D irichle t 边界条件),也称已知温度的边界.第二类边界条件(又称为Neum ann 边界条件),也称已知热流密度的边界.第三类边界条件(又称为Robin 边界条件),也称为对流换热边界.2　数学模型的有限差分方法 文中所用几何体网格为图2所示,所建立二维热传导方程初边值问题为(2.1),文中采用交替方向的隐式差分格式中的Douglas -Rachf ord 格式对方程进行离散.Douglas 和R achford (1956)年提出了另一个交替方向隐式差分格式,即D -R 格式,它是第一个能推广到三维情形的保持无条件稳定的交替方向隐式格式.图　几何体网格41 山西大同大学学报(自然科学版) 2007年s 1-k 0c 0m -1.s m c 01-k 0c 0m -22考察如下二维热传导方程初边值问题9T 9t =a (92T 9x 2+92T9y2)+q T (x,y,0)=7000C 0≤x,y ≤1T (0,y,t )=T (1,y,t )=T (x,0,t )=T (x,1,t )=T 00C,　0≤x,y ≤1,t >0(2.1)逼近(2.1)D -R 格式为:T 3j,k -T nj,kτ=a (δ2x T 3j ,kh 2x+δ2y T nj ,kh 2y )+qT n+1j,k-T 3j ,kτ=a (δ2y T n+1j ,k h 2y -δ2y T nj,kh 2y)上式可写为(I -r x a δ2x )T 3j ,k =(I +r y a δ2y )T nj,k +q τ(I -r y a δ2y )T n +1j ,k=T 3j ,k -r y a δ2y T nj ,k(2.2)由上式第二个方程中解出T 3j ,k ,并代入上式中的第一个方程,得:(I -r x a δ2x )(I -r y a δ2y )T n +1j,k=(I +r x r y a 2δ2x δ2y )Tn j ,k +qτ利用初始条件及边界条件可得如下方程组ATn +1=B T n+b n(2.3)其中A =A 1A 2A 2A 1A 2ωωω　A 2A 1A 2　　A 2A 1B =B 1B 2B 2B 1B 2ωωωB 2B 1B 2B 2B 1b =(b 1,b 2,…,b M -1,b M )T3　用迭代法解大型稀疏矩阵3.1　基本迭代法的加速(超松驰法,即S OR 法)超松驰迭代法的计算公式为:x k +1=(ω)x (k)+ω(∑j =x(+)j∑j=+x ()j)=x ()+ωa ii(b i -∑i-1j =1aiix(k )j-∑nj=ia(k)ii)i =1,2,…,n (3.1)(3.1)可以写成x (k+1)i=x (k )i+△x i△x i =ωa ii[b i -∑i-1j =1a ii x (k+1)j-∑nj=ia ii x (k )j]k =0,1,2,…;i =1,2,…,n(3.2)(3.1)或(3.2)称为逐次超松驰法,简称S OR 法,ω为松驰因子.S OR 法的收敛速度与ω的取值有关,当ω=1时,它就是G -S 法.因此,可选取ω值使(3.2)的收敛速度较G -S 法快,从而起到了加速作用.为了讨论ω的取值与收敛性的关系,特将(3.1)改写成矩阵形式.由(3.1)可得:a ii x (k +1)i =(1-ω)a ii x (k)i +ω(b i -∑i -1j=1a ii x(k +1)j-∑nj=i+1a ii x (k)j)则上式可写成矩阵的形式:D x (k +1)=(1-ω)D x (k)+ω(b +L x (k+1)+U x (k))整理后得:(D -ωL )x (k+1)=[(1-ω)D +ωU ]x(k)+ωb,x(k +1)=(D -ωL )-1[(1-ω)D +ωU ]x(k)+ω(D -ωL )-1b .令Lω=(D -ωL )-1[(1-ω)D +ωU ]f =ω(D -ωL )-1b则x(k +1)=L ωx(k )+f(3.3)其中L ω为S OR 法的迭代矩阵.显然,(3.3)收敛的充要条件为ρ(L ω)<1,可以证明ρ(L ω)≥|ω-1|,故若(3.3)收敛,则|ω-1|≤ρ(L ω)<1,即0<ω<2是(3.3)收敛的必要条件.下面再给出一个充分条件.定理1　若系数矩阵A 是严格对角占优的或不可约对角占优的,且松驰因子ω∈(0,1),则S OR 收敛.定理2　若系数矩阵A 是实对称的正定矩阵,则当0<ω<2时S OR 收敛.3.2　数值计算与分析采用数值模拟的方法,可以对拟实的铸件和铸型进行模拟计算,方便对于不同热物性影响效果的观察铸件凝固过程中热物性参数主要包括铸件和512007年 许芝卉:凝固过程数值计算的模拟 i1-ia iib i -i -11a i i k 1-n i 1a i i k k i.铸型的比热c ρ,潜热L,导热系数λ和密度ρ,它们皆随温度而变化,这种变化反映到数值模拟方法中,每一时间步长都可能包含很多个热物性值,对模拟精度有影响.本论文中所用几何体网格为图2所示,离散方程和边界条件为(2.1),用超松驰迭代法解的矩阵方程组为(2.3),在程序实现中松驰因子取ω=1.3,初始温度取T =700℃,边界温度取T 0=20℃,导热系数取λ=35.97W /m K,材料密度ρ=7200kg/m 3,比热容取c ρ=630J /kg .k,计算结果由图3和图4表示.图3　节点与温度的关系图 图4　时间与温度的关系参考文献[1]柳百成.铸件充型凝固过程数值模拟国内外研究进展[J ].铸造,1999(8):40245.[2]赵健,张毅.铸件凝固电子计算机数值模拟发展概况[J ].铸造,1985(5):126.[3]康进武.铸钢件凝固过程热应力数值模拟研究[M ].北京:清华大学出版社,1998.[4]徐树方,高立,张平文.数值线性代数[M ].北京:北京大学出版社,2000.[5]余德浩,汤华中.微分方程数值解法[M ].北京:科学出版社,2003.[6]Radovi cZ,Lal ovic M.Nume ri ca l si m ulation of stee l ingot solidifi ca ti on p r ocess[J ].Jou rna l of M a teria ls P rocessing Technology ,2005,160:1562159.S i m u l a t i o n for Num er ica l Eva lua tion of the Solid ifica tion ProcessX U Zhi 2hui(School of M athem atic s and Co mpute r Science,Shanxi Dat ong University,Da t ong Shanxi,037009)Ab stra ct:We hav e constructed a m athe m ati ca l mode l of t w o 2di mensi ona l unsteady te mpe rature f i e ld by ana lyzi ng casting s olidifi 2cati on proce ss fro m exchangi ng v a ri ou s hea t boundary conditi ons .The system of equati ons is obta ined by using F inite diffe rence me t hod t o dis pe rs e the model and by us e of S OR to re s olve this syste m of equati on,writ e the co rresponding co mputati on program by Turbo C .B y analyzing the re s ult,it sh ows that we have mo re approvingl y si m ul a ted the s olidificati on p rocess temperature fie l d .Key wor ds:casting;solidification p r ocess ;finite difference me t hod;temperature fie l d;stre ss field;nu me ri ca l si mulati on61 山西大同大学学报(自然科学版) 2007年。

重有色冶金炉窑热平衡的测定与计算方法重有色冶金炉窑是一种用于冶炼有色金属的设备，其热平衡是冶炼过程中的重要参数。

热平衡的测定与计算方法对于保证冶炼质量和提高生产效率具有重要意义。

一、热平衡的测定方法
1. 热电偶法：在炉窑内部安装热电偶，通过测量热电偶的电势差来计算炉窑内部的温度分布情况，从而确定炉窑的热平衡状态。

2. 热像仪法：利用热像仪对炉窑内部进行拍摄，通过图像处理技术来分析炉窑内部的温度分布情况，从而确定炉窑的热平衡状态。

3. 热流计法：在炉窑内部安装热流计，通过测量热流计的热流来计算炉窑内部的热平衡状态。

二、热平衡的计算方法
1. 热平衡方程法：根据炉窑内部的热平衡方程式，通过计算炉窑内部的热量输入和输出来确定炉窑的热平衡状态。

2. 数值模拟法：利用计算机模拟炉窑内部的温度分布情况，从而确定炉窑的热平衡状态。

3. 统计学方法：通过对炉窑内部的温度数据进行统计分析，从而确定炉窑的热平衡状态。

热平衡的测定与计算方法对于重有色冶金炉窑的冶炼质量和生产效率具有重要意义。

在实际应用中，应根据具体情况选择合适的方法进行热平衡的测定和计算。

同时，还应加强炉窑的维护和管理，保证炉窑的正常运行，提高冶炼效率和质量。