Моделирование процесса теплоотдачи на границе шлак-шихта с помощью программного пакета ANSYS. Выполнили: Борисова А. Жирнова М. Козлова Е. Конарева М. Руководитель : Степанов В.В.

Актуальность: Рудно-термические печи являются наиболее электроёмкой и крупной группой электротермического оборудования. Развитее рудной электротермии для производства различных металлов и сплавов идёт по пути увеличения мощности соответствующих электропечей. Современный уровень рудно-термических печей требует методов расчета, основанных на показаниях независимых от мощности и размеров ванн, постоянных для конкретных технологий, учитывающих взаимосвязь между электрическими и тепловыми процессами, протекающих в печи.

Цель данной работы: Изучить программный пакет ANSYS; Поставленные задачи: Провести тестовые расчёты, подтверждающие применимость программного пакета к расчёту поставленной задачи; Исследовать влияние на мощность тепловыделения размеров шихтовых куч.

Содержание: Введение Теплообмен в РТП 1.Обзор программного пакета ANSYS. 1.1 Решение задачи. Основные стадии. 2.Тестовые расчёты. 3.Расчёт поставленной задачи. 3.1 Поставка задачи и методика её решения. 3.2 Результаты решения. Заключение. Список используемой литературы.

Введение: Использование электроплавки в цветной и чёрной металлургии обусловлено целым рядом его преимуществ перед другими способами. Наиболее существенными из них являются: возможность получения высоких температур в малом реакционном объёме печи, в результате чего появляется возможность переработки тугоплавких шихт; низкое содержание цветных металлов в шлаках; небольшой пылевынос; легкость автоматизации работы печи; экологическая приемлимость процесса рудной электроплавки.

Схема плавки электропечи На рисунке представлены процессы, происходящие в печи, на примере одного из вариантов рудно-термической печи. Важнейшим параметром печи является электрическое сопротивление ванны. Оно зависит от его удельной электропроводимости, расстояния между электродами, их формы, глубины погружения электродов в расплав и формы ванны, в которой находится расплав.

Схема расположения ядра Исследованиями процесса теплообмена и конвекции шлаковой ванны был выяснен механизм процесса плавления шихты в электропечах. Как было установлено, шихта в печах плавится, растворяясь в потоках движущегося жидкого шлака. Наиболее активно шихта плавится в слое ванны, измеряемом глубиной погружения электродов, из- за наиболее активной конвекции шлака в этом слое. Математическое описание конвективного теплообмена в электрических рудоплавильных печах была предпринята Жуковским Ю.С.. В своей работе он делает допущение о возможности разделения движения и теплообмена в ванне электропечи на две зоны: пограничный слой у твердых поверхностей и ядро, занимающее основной объем ванны

Обзор программного пакета ANSYS При решении данных задач мы использовали программу ANSYS/Multiphysics. Это наиболее полная комплектация расчётного комплекса, включающая в себя всевозможные физические дисциплины(прочность и тепло),а также электромагнитный анализ, магнитостатику, электростатику, электропроводность, низкочастотный гармонический анализ, высокочастотный анализ и гидрогазодинамику. Решение задачи. Основные стадии Решение задачи при помощи программного пакета ANSYS состоит из 3х основных этапов: построение модели и задание граничных условий, получение решения, обзор результатов.

Тестовый расчёт С целью проверки работоспособности программы ANSYS был выполнен расчет на тестовой задаче. Полученные результаты решения сравнивались с результатами численного решения. Пример 1 В качестве тестовой модели использовался цилиндр радиусом 0.25м и длиной 1м. Выбор геометрии обусловлен тем, что электроды имеют цилиндрическую форму Расчётная область разбивалась объёмами, линейный размер которых равен 0.05м. Расчётная сетка показана на рисунке.

На левом торце задавалась температура Т = 100°С и потенциал U = 10В,на правом торце – Т = 0° и U = 0В. Распределение электрического потенциала представлено на рисунке.

Была проведена оценка правильности вычисления мощности тепловыделения. Значение, полученное программой ANSYS,сравнивалось со значением вычисленным по формуле. Q = U²/R. Q ANSYS -195,278Вт, Q РАСЧЕТ =196,25 Вт Также была проведена оценка силы тока проходящей через цилиндр. Значение, полученное с помощью программы ANSYS (вычисляет плотность тока), было сравнено со значением полученным по формуле: I=U/R, j=I/S. Оба значения плотности тока равны 100 А/м

Расчёт поставленной задачи. Постановка задачи и методика её решения Решение задачи об определении поля потенциала и мощности тепловыделения будет проводиться для приэлектродной области рудно- термической печи. Рассматриваемая область печи представляет собой трехмерную прямоугольную ванну с погруженными в нее электродом и шихтовыми кучами. Форма шихтового откоса в газовом пространстве печи представляет собой круглый конус. Форма электрода в газовом пространстве печи – цилиндр.

После того как задаются начальные условия, програмный пакет ANSYS производит необходимые расчеты и моделирует график распределения потенциалов.

Заключение В процессе прохождения практики мы ознакомились с устройством и принципами работы рудно-термических электрических печей; изучили работу программного пакета ANSYS; научились создавать геометрические модели; провели тестовые расчеты, подтверждающие применимость программного пакета к расчету поставленной задачи. Проведённые в ходе нашей работы расчеты распределения температур и потенциалов могут быть использованы в практических целях.

Список используемой литературы Воронин П.А., Мамонтов Д.В., Алкацев М.И. Электрические, электромагнитные и тепловые процессы в рудно-термических печах как объектах с распределенными параметрами. – Владикавказ: «Терек», – 248 с., ISBN Глинков М.А., Глинков Г.М. Общая теория печей. – М.: «Металлургия», – 264 с. Диомидовский Д.А. Металлургические печи цветной металлургие. – М.: «Металлургиздат», – 728 с. Дульнев Г.Н., Парфенов В.Г., Сигалов А.В. Применение ЭВМ для решения задач теплообмена. – М.: «Высшая школа», – 207 с., ISBN

Спасибо за внимание