金属料坯介尺度传热特性与设备热工特性协同作用机制研究

基本信息
批准号:51804002
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:26.00
负责人:陈德敏
学科分类:
依托单位:安徽工业大学
批准年份:2018
结题年份:2021
起止时间:2019-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:陆彪,陈光,施晓芳,陈谞,何鑫
关键词:
金属料坯跨尺度建模设备热工特性介尺度传热
结项摘要

Accurate control of the thermal characteristics of metal billet production equipment is necessary to improve the performance indicators of metallurgical products. And the thermal characteristics of the equipment are an inter-coupling macroscopic effect of the mesoscopic heat conduction, convection and radiation. To date, there has been a lack of adequate understanding of the temporal and spatial accumulation law of such scale span process and its mechanism. This proposed project intends to carry out the research to address this problem. The successive boundary function will be obtained by analyzing the collected heat transfer data and the features of the billet boundary. Based on this, the mesoscopic heat transfer model is established by using the finite volume method and boundary mapping principle, which will reveal the temporal and spatial accumulation law of the mesoscopic heat transfer characteristics. The scale span model is established according to this law, and the bottle neck affecting the thermal characteristics of equipment is identified by using the sensitivity analysis method. Then the scale span research method will be formed to investigate the mesoscopic heat transfer characteristics and the equipment thermal characteristics. Finally, the coupling mechanism between them will be explored by the combination of experiment and numerical simulation. Through the completion of this project, the following goals will be achieved:(1) to propose a method for studying the equipment thermal characteristics from the mesoscopic heat transfer,(2) to ascertain the coupling mechanism between the mesoscopic element(the mesoscopic heat transfer characteristics) and the macroscopic behavior (the equipment thermal characteristics),and (3) to provide the scientific basis for precision operation and lean management of part and even overall equipment.

精准控制金属料坯生产设备的热工特性是提高冶金产品性能指标的重要保证。而设备热工特性是介观导热、对流、辐射相互耦合涌现出的宏观效果。目前,这种跨尺度时空累积规律及其机制尚不清楚。本项目基于这一问题开展研究。通过采集金属料坯边界信息,凝练边界特征,得到连续的边界函数,利用有限体积法及边界映射原理,建立介尺度传热模型,揭示介尺度传热特性时空累积规律;并依据这一规律建立跨尺度集成模型,利用灵敏度分析法辨识影响设备热工特性的瓶颈,形成介尺度传热特性与设备热工特性间的跨尺度研究方法;最后利用实验与数值模拟结合的方法探索二者的协同作用机制。通过本项目的研究,提出从介尺度传热特性本质研究设备热工特性的方法,揭示系统介观要素(介尺度传热特性)与宏观行为(设备热工特性)的协同作用机制,为设备局部乃至全局操作精准化、管理精益化提供科学依据。

项目摘要

设备热工特性本质体现的是介尺度传热特性累积的宏观效果,二者相互影响、相互制约。项目执行过程中分别选取了金属料坯加热和冷却两种情况开展研究。建立了金属料坯介尺度传热模型,并对模型计算所使用的边界条件进行了分析,提出了采用实验测试、理论分析计算以及最小二乘有机结合得到表征边界函数的方法,并结合工艺特点分析了边界函数中的特征参数(如:周期、振幅等)变化时金属料坯的温度在时空域内的分布变化规律。利用分摊、累积理论建立燃耗、热效率跨尺度集成模型,并找到影响热工特性指标的瓶颈位置。通过升级改造现有实验台及采集收集工业现场在线数据,分析生产节奏与传热边界的协同性,以及这个协同性对设备热工特性(燃耗、热效率)的影响规律,揭示介尺度传热特性与设备热工特性协同作用机制,为设备局部乃至全局操作精准化、管理精益化提供科学依据。项目部分研究成果已经在企业进行了应用,取得了一定效果。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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