WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

На рис. 2 показана конечно-элементная модель ОИЕ со сплавом Вуда в программе ANSYS Multiphysics и ее основные геометрические размеры в метрах. С использованием данной модели были получены зависимости активной мощности P2 и максимальных значений плотности тока J2max, магнитной индукции B2max, градиента давления p2max, локальной усредненной скорости течения расплава U2max и перепада температуры в расплаве Tmax, а также скорости транзитного течения в канале U0 от магнитодвижущей силы индуктора I1m·w. Диапазон изменения величин был следующим: I1m·w=30-50 кА; P2=55-155 кВт; J2max=3.8-6.2 А/мм2; B2max=0.14-0.23 T; p2max=(3-8)·105 Н/м3; U2max=0.5-0.85 м/с; Tmax=46.4-90.5 °С. Расчетная скорость транзитного течения в канале U0 с увеличением магнитодвижущей силы индуктора изменялась в диапазоне 2.9-3.4 см/с.

а б

Рис. 2. Модель ОИЕ со сплавом Вуда в программе ANSYS Multiphysics

(1 – индуктор; 2 – расплав; 3 – магнитопровод).

На рис. 3 показано рассчитанное c помощью разработанных компьютерных моделей векторное поле усредненной скорости расплава в продольном сечении канала и ванны при P2 = 60 кВт. Максимальная скорость усредненного течения расплава имеет место в устьях канала и направлена радиально от оси индуктора. В поперечном сечении канала действуют два вихря, вращающиеся в разном направлении. Картина течения расплава в канале определяется распределением градиента давления, который в свою очередь зависит от распределения электромагнитных вил в расплаве.

Полученные расчетным путем результаты (направление и величина локальных скоростей усредненного течения расплава) сравнивались с экспериментально полученными данными из литературы. Разница не превышала 20 %, что допустимо учитывая сложность исследуемых процессов.

Рис. 3. Векторное поле усредненной скорости расплава в продольном сечении канала и ванны.

С использованием разработанных компьютерных моделей были проведены исследования влияния формы канала ОИЕ промышленной печи ИЧКМ-16 на тепломассоперенос между каналом и ванной печи. На рис. 4 показана конечно-элементная модель ОИЕ печи ИЧКМ-16 в программе ANSYS Multiphysics (без воздушной области) и ее основные геометрические размеры в метрах. Активная мощность ОИЕ составляла 500 кВт.

а б

Рис. 4. Конечно-элементная модель ОИЕ печи ИЧКМ-16 в программе ANSYS Multiphysics (1 – индуктор; 2 – расплав; 3 – магнитопровод).

Исследовались шесть вариантов конструктивного исполнения канала (рис. 5). В табл. 1 приведены основные результаты моделирования. Наибольший перепад температуры между каналом и ванной был получен в ОИЕ с симметричной формой устьев канала (рис. 5,а и рис. 5,е) и составил соответственно около 130 и 150 С.

а б в г д е

Рис. 5. Варианты конструктивного исполнения канала ОИЕ печи ИЧКМ-16.

Таблица 1. Результаты численного моделирования ОИЕ печи ИЧКМ-16.

№ модели

Форма

канала

Tmax,

C

U0,

м/с

Направление

транзитного течения в канале

сos,

%

эл,

%

1

Рис. 6,а

130

0.04

82.4

99.5

2

Рис. 6,б

60

0.12

82.0

99.5

3

Рис. 6,в

44

0.16

82.5

99.5

4

Рис. 6,г

75

0.08

82.1

99.5

5

Рис. 6,д

49

0.17

81.9

99.5

6

Рис. 6,е

150

0.04

81.5

99.5

Наименьший перепад температуры между каналом и ванной был получен в ОИЕ с несимметричной формой устьев канала (рис. 5,в и рис.5,д) и составил соответственно 44 и 49 С. Скорость транзитного течения вдоль канала при этом равнялась соответственно 16 и 17 см/с. Таким образом, для практической реализации на действующих и новых печах серии ИЧКМ-16 можно рекомендовать такое конструктивное исполнение канала.

В пятой главе приводятся основные результаты исследований тепломассопереноса в СИЕ. Для проверки адекватности компьютерных моделей сначала была смоделирована физическая модель СИЕ со ртутью. Результаты компьютерного моделирования сравнивались с экспериментально полученными на физической модели результатами из литературы (Vives C., Ricou R. Metallurgical transactions B, 1991, vol. 22B, p. 193 - 209). На рис. 6 показана конечно-элементная модель СИЕ в программе ANSYS Multiphysics (область воздуха не показана) и ее основные геометрические размеры.

а б

Рис. 6. Модель СИЕ со ртутью в программе ANSYS Multiphysics

(1 – индуктор; 2 – расплав; 3 – магнитопровод).

Мощность СИЕ составляла 2.55 кВт. При проведении физических экспериментов стенки канала и ванны охлаждались водой, чтобы поддерживать ртуть при постоянной температуре 25 С. При численном моделировании температура стенок канала и ванны также была задана равной 25 С. На рис. 7 показано векторное поле усредненной скорости течения в продольном сечении расплава, полученное расчетным путем на компьютерной модели.

Рис. 7. Векторное поле средней скорости течения в продольной плоскости расплава.

Направление и величина локальных усредненных скоростей близки к полученным экспериментально на физической модели ИКП. Максимальные значения скорости локализованы в местах соединения каналов с ванной и с нижним горизонтальным каналом. Расчетное и экспериментально измеренное максимальное значение усредненной скорости расплава составило около 0.1 м/с. Расчетная и измеренная скорость транзитного течения вдоль каналов составила порядка 0.5 см/с, причем расплав двигался из ванны в центральный канал, а из боковых каналов обратно в ванну. Таким образом, интенсивность течения в ванне и, особенно, в устьях каналов в несколько раз выше, чем в самих каналах. Низкая скорость транзитного течения в каналах является причиной недостаточного теплообмена между каналами и ванной ИКП.

Поле усредненной скорости в поперечном сечении каналов имеет сложную структуру, которая в значительной степени определяется полем градиента электромагнитного давления. Максимальное значение усредненной скорости в поперечном сечении каналов не превышало 0.05 м/с, что в несколько раз меньше усредненной скорости в устьях каналов. Таким образом, расчеты на компьютерной модели и измерения на физической модели ИКП дают достаточно близкие результаты.

С использованием разработанной компьютерной модели СИЕ были проведены исследования влияния формы каналов СИЕ печи ИЧКМ-40 на тепломассоперенос между каналами и ванной. На рис. 8 показана конечно-элементная модель СИЕ печи ИЧКМ-40 в программе ANSYS Multiphysics (без воздушной области) и ее основные геометрические размеры. Активная мощность СИЕ составляла 1200 кВт. Исследовались девять конструктивных вариантов каналов СИЕ (рис. 9) и два варианта подключения индукторов к питающей сети (противофазное и синфазное). В табл. 2 приведены основные результаты моделирования. Низкий перепад температуры и высокая скорость транзитного течения расплава в канале были получены на моделях СИЕ № 3, 4, 6, 8, 11, 12 и 16.

а б

Рис. 8. Конечно-элементная модель СИЕ печи ИЧКМ-40 в программе ANSYS Multiphysics (1 – индуктор; 2 – расплав; 3 – магнитопровод).

Рис. 9. Варианты конструктивного исполнения канала CИЕ печи ИЧКМ-40.

Принимая во внимание значения коэффициента мощности и электрического КПД для каждой модели СИЕ, наиболее оптимальными вариантами исполнения СИЕ являются СИЕ № 3 и 11, т. е. с формой каналов, изображенной на рис. 9,б и 9,е и с противофазным включением индукторов. Эти два варианта СИЕ можно рекомендовать для практического использования на действующих и новых печах серии ИЧКМ-40.

Таблица 2. Результаты численного моделирования CИЕ печи ИЧКМ-40.

№ модели

Форма

каналов

ф,

эл. град.

Tmax,

C

U0,

м/с

Направление

транзитного течения в каналах

сos,

%

эл,

%

1

Рис. 10,а

180

72

0.11

79.6

99.3

2

Рис. 10,а

0

52

0.1

70.7

98.9

3

Рис. 10,б

180

33

0.23

79.3

99.2

4

Рис. 10,б

0

27

0.24

72.1

98.9

5

Рис. 10,в

180

83

0.07

79.2

99.3

6

Рис. 10,в

0

29

0.32

72.5

99.0

7

Рис. 10,г

180

82

0.05

81.2

99.3

8

Рис. 10,г

0

31

0.34

78.5

99.1

9

Рис. 10,д

180

97

0.1

81.5

99.3

10

Рис. 10,д

0

70/20

0.1/0.5

78.8

99.1

11

Рис. 10,е

180

28

0.29

77.9

99.2

12

Рис. 10,е

0

17

1.1

73.4

99.0

13

Рис. 10,ж

180

93

0.07

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»