通道式感應(yīng)加熱中間包內(nèi)鋼液的流場及溫度場模擬.pdf

1、通道式感應(yīng)加熱中間包能夠?qū)︿撘哼M行熱補償，以彌補與外界進行熱交換而損失的熱量，同時由感應(yīng)生成的電磁力能促進鋼液中夾雜物的去除起到凈化鋼液的目的，因此受到越來越多的研究者的關(guān)注。雖然已有研究指出了通道的幾何參數(shù)不同會對中間包的加熱效率和夾雜物去除效果產(chǎn)生較大影響的觀點，但是就這些方面的研究卻仍然不夠具體全面，所以有必要針對加熱通道的安裝位置和幾何參數(shù)進行系統(tǒng)深入的研究。
　　本文針對雙通道式電磁感應(yīng)加熱中間包的流場和溫度場進行了數(shù)值

2、模擬研究，根據(jù)多物理場耦合的方法利用多款軟件進行了求解工作，使用SolidWorks軟件完成3D建模，由ANSYS的ICEM-CFD模塊進行網(wǎng)格劃分，利用Maxwell軟件完成對中間包的電磁場求解，將求解所得的焦耳熱以及電磁力的結(jié)果分別使用直接耦合和編寫UDF文件的方式與Fluent進行耦合進行流場和溫度場以及RTD曲線的求解。研究內(nèi)容包括：不同物理場、不同加熱通道位置、不同加熱通道長度以及不同加熱通道橫截面形狀和半徑等條件對中間包內(nèi)鋼

3、液的流場和溫度場的影響。
　　根據(jù)水力學(xué)模型實驗結(jié)果驗證了數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。物理實驗和數(shù)學(xué)計算所得的中間包內(nèi)鋼液流動的趨勢相同。兩者RTD曲線模擬結(jié)果之間的相對誤差的平均值為9.5％。表明數(shù)學(xué)模擬所選的模擬參數(shù)及所做假設(shè)準(zhǔn)確可靠。
　　對加熱通道距中間包底部距離分別取325 mm、275 mm、225 mm、175 mm和125 mm的情況進行的數(shù)值模擬，結(jié)果表明加熱通道距中間包底部距離為325 mm時為最佳方案，采用該

4、方案，中間包內(nèi)鋼液的平均停留時間為434.0 s，夾雜物去除率為47.1%，活塞流與死區(qū)所占體積比為7.9，均為所設(shè)計的方案中的最大值，因此325 mm的距離方案較佳。
　　加熱通道長度分別為1483 mm、1383 mm、1283 mm、1183 mm和1083 mm時的研究結(jié)果表明，采用通道長度為1483 mm的方案，中間包內(nèi)鋼液有著最長的平均停留時間，434.0 s，有著最大的最短響應(yīng)時間和活塞流體積，同時死區(qū)體積最小，該方

5、案還有最大的夾雜物去除率，所以長度方案1483 mm較好。
　　對比通道橫截面形狀分別為正方形、正六邊形、正八邊形和圓形的研究結(jié)果，發(fā)現(xiàn)橫截面形狀為圓形時，中間包內(nèi)鋼液有最大的平均停留時間，434.0 s，最短響應(yīng)時間16.0 s和最大活塞流與死區(qū)體積比7.9，同時該方案有著最高的夾雜物去除率47.1%，而在這幾種橫截面形狀下的感應(yīng)加熱效率又相近，因此綜合考慮應(yīng)該選擇圓形的通道橫截面設(shè)計。
　　通道橫截面半徑分別取45 mm