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

1 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.

2 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.

3 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.

4 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.

5 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.

6 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.

7 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

8 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.

9 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.

10 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.

11 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

12 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.

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

14 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.

15 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

16 Спасибо за внимание