ansys-FLUENT06传热模型

液态金属凝固过程中的传热与传质

液态金属凝固过程中的传热与传质摘要：液态金属熔体中传热和传质过程的改变会影响晶体的形核和生长，从而影响凝固组织。本文介绍了液态金属凝固的原理，凝固过程中传热“一热、二迁、三传”的特点，以及凝固过程中的传质及其基本问题。传热与传质的研究方法包括解析法、实验法、数值模拟法等。我国许多研究者对凝固过程中的传热和传质问题进行了研究，高新技术方面热质传递现象的机理和特有规律是今后重点发展的研究领域。关键词：金属凝固；传热和传质；界面；溶质再分配在金属的热态成形过程中，常常伴随着金属液的流动、气体的流动、金属件内部和它周围介质间的热量交换和物质转移现象，即动量传输、热量传输和质量传输现象。液态金属熔体中传热和传质过程的改变会影响晶体的形核和生长，从而影响凝固组织[1-2]。因此，只有正确和深入研究金属凝固过程中的传输现象，才能有助于建立正确的凝固过程理论模型。 1 金属凝固过程的传热与传质 1.1 金属凝固过程中的传热在凝固过程中，伴随着潜热的释放、液相与固相降温放出物理热，定向凝固时，还需外加热源使凝固过程以特定的方式进行，各种热流被及时导出，凝固才能维持。宏观上讲，凝固方式和进程主要是由热流控制的。金属凝固过程的传热特点可以简明的归结为“一热、二迁、三传”[3-5]。 “一热”即在凝固过程中热量的传输是第一重要的，它是金属凝固过程能否进行的驱动力。凝固过程首先是从液体金属传出热量开始的。高温的液体金属浇入温度较低的铸型时，金属所含的热量通过液体金属、已凝固的固体金属、金属-铸型的界面和铸型的热阻而传出。凝固是一个有热源非稳态传热过程。 “二迁”指在金属凝固时存在着两个界面，即固相-液相间界面和金属-铸型间界面，这两个界面随着凝固进程而发生动态迁移，并使得界面上的传热现象变得极为复杂。图1为纯金属浇入铸型后发生的传热模型示意，由图可见在凝固过程中随着固相-液相间界面向液相区域迁移，液态金属逐步变为固态，并在凝固前沿释放出凝固潜热，并随着凝固进程而非线性地变化。在金属凝固过程中，由于金属的凝固收缩和铸型的膨胀，在金属和铸型间形成金属和铸型间的界面，由于接触不完全，它们之间存在着界面热阻。接触情况不断地变化，在一定条件下，会形成一个间隙（也称气隙），因此这里的传热不知是一种简单的传导，而是同时存在微观的对流和辐射传热。 “三传”即金属的凝固过程是一个同时包含动量传输、质量传输和热量传输的三传耦合的三维传热物理过程。在热量传输过程中也同时存在有导热、对流和辐射换热三种传热方式。一个从宏观上看是一维传热的单向凝固的金属，由于凝固过程中的界面现象使传热过程在微观变得非常复杂。当固/液界面是凹凸不平或生长为枝晶状时，在这个凝固前沿上，热总是垂直于这些界面的不同方位从液相传入固相，因而发生微观的三维传热现象。在金属和铸型界面上的传热也不只是一种简单的传导，而是同时存在微观的对流和辐射传热。

Fluent辐射传热模型理论以及相关设置

Fluent辐射传热模型理论以及相关设置目录 1概述................................................................................. 2基础理论............................................................................. 专业术语解释：............................................................... FLUENT辐射模型介绍： ........................................................ 辐射模型适用范围总结......................................................... 3Fluent实际案例操作 .................................................................. Case1-测试external emissivity 使用DO模型计算-2D模型........................ Case2-测试internal emissivity-使用DO模型计算-2D模型........................ 仿真结论.....................................................................

1概述在传热的仿真中，有时候会不可避免的涉及到辐射传热，而我们对Fluent中辐射模型的了解甚少，很难得到可靠的计算结果。因此，一直以来，Fluent中的带辐射的传热仿真是我们的一个难点，本专题重点来学习辐射模型的理论，让我们对辐射计算模型有一个深入的了解，以帮助我们攻克这个仿真难点。2基础理论 2.1专业术语解释：在Fluent中开启辐射模型时，流体介质以及固体壁面会出现一些专业的参数需要用户来设置。在Fluent help中介绍辐射模型时会经常提到一些专业术语。对这些专业参数以及术语，我们来一一解释： 1、Optical thickness（光学深度，无量纲量）：介质层不透明性的量度。即介质吸收辐射的能力的量度，等于入射辐射强度与出射辐射强度之比。设入射到吸收物质层的入射辐射强度为 I ，透射的辐射强度为 e，则 T = I/e，其中T为光学深度。按照此定义，那介质完全透明，对辐射不吸收、也不散射，透射的辐射强度e=入射辐射强度I，即光学深度为T=1，介质不参与辐射。—摘自百度百科而FLUENT中T=αL，其中L为介质的特征长度，α为辐射削弱系数（可理解为介质因吸收和散射引起的光强削弱系数）。如果T=0，说明介质不参与辐射，和百度百科中的定义有出入。但是所表达的意思是接近的，一个是前后辐射量的比值；一个是变化量和入射辐射量的比值（根据Fluent help里的解释，经过介质的辐射损失量 =I*T，个人理解，按照此定义，T不可能大于1啊，矛盾。. Radiative Transfer Equation）。该问题的解释为：其实一点也不矛盾，如果Optical thickness =1，就说明辐射在经过一定特征长度L的介质后被完全吸收。如果 >1，就说明辐射根本穿透不了特征长度L的介质，而被早早吸收完了。打个比方，Optical thickness=10，说明辐射在经过L/10距离后已经被吸收（或散射）完。其中α=αA+αS； 2、Absorption Coefficient（αA吸收系数，单位1/m，见图2-1）：因为介质吸收而导致的辐射强度在经过每单位长度介质后改变的量。空气作为流体介质时，一般不吸收热辐射，该系数可近视设为0。而当气体中水蒸气和CO2含量较高时，那对辐射的系数就不能忽略了。 3、Scattering Coefficient（αS散射系数，单位1/m）：因为介质散射而导致的辐射强度在经过每单位长度介质后改变的量。空气作为流体介质时，一般情况下，该系数可近视设为0。对于含颗粒物的流体，散射作用不容忽视。 4、Refractive Index（折射系数，无量纲量）：介质中的光速和真空中的光速之比。如是空气，可

金属凝固原理复习资料

金属凝固原理复习题部分参考答案（杨连锋2009年1月） 2004年二写出界面稳定性动力学理论的判别式，并结合该式说明界面能，温度梯度，浓度梯度对界面稳定性的影响。答：判别式, 2 01()()2 (1)m c v D s g m v D g G T k ωωωω * *??- ??? =-Γ- ++?? -- ??? ，()s ω的正负决定着干扰振幅是增长还是衰减，从而决定固液界面稳定性。第一项是由界面能决定的，界面能不可能是负值，所以第一项始终为负值，界面能的增加有利于固液界面的稳定。第二项是由温度梯度决定的，温度梯度为正，界面稳定，温度梯度为负，界面不稳定。第三项恒为正，表明该项总使界面不稳定，固液界面前沿形成的浓度梯度不利于界面稳定，溶质沿界面扩散也不利于界面稳定。三写出溶质有效分配系数E k 的表达式，并说明液相中的对流及晶体生长速度对E k 的影响。若不考虑初始过渡区，什么样的条件下才可能有0s C C * = 答：0 00 (1)N L s v E D C k k C k k e δ*- = = +- 可以看出，搅拌对流愈强时，扩散层厚度N δ愈小，故s C * 愈小。生长速度愈大时，s C * 愈向0C 接近。（1）慢的生长速度和最大的对流时，N L v D δ《1，0E k k = ；（2）大的生长速度或者液相中没有任何对流而只有扩散时，N L v D δ》1，E k =1 （3）液相中有对流，但属于部分混合情况时，0 1E k k <<。1E k =时，0 s C C * = ，即在大的生长速度或者液相中没有任何对流而只有扩散时。四写出宏观偏析的判别式，指出产生正偏析，负偏析，和不产生偏析的生长条件。答：0 1s q q C k C k = -+，s C 是溶质的平均浓度，0C 是液相的原始成分，q 是枝晶内溶质分布的决定因素，它是合金凝固收缩率β，凝固速度u 和流动速度v 的函数， (1)(1)v q u β=-- 。0s C C =，即 1p u v β β =- -时，q=1，无宏观偏析。0s C C >时，对于01k <的合金来说，为正偏析，此时 1p u v β β >- -。0s C C <时，对于01k <的合金来说，为负偏析，此时 1p u v β β <- -。五解：用2m m m m r m m k r T V T V T H H σσ?=- ?=- ? ??计算

传热学导热问题的数值解法

导热问题的数值解法 1 、重点内容：① 掌握导热问题数值解法的基本思路； ② 利用热平衡法和泰勒级数展开法建立节点的离散方程。 2 、掌握内容：数值解法的实质。 3 、了解内容：了解非稳态导热问题的两种差分格式及其稳定性。由前述3 可知，求解导热问题实际上就是对导热微分方程在定解条件下的积分求解，从而获得分析解。但是，对于工程中几何形状及定解条件比较复杂的导热问题，从数学上目前无法得出其分析解。随着计算机技术的迅速发展，对物理问题进行离散求解的数值方法发展得十分迅速，并得到广泛应用，并形成为传热学的一个分支——计算传热学（数值传热学），这些数值解法主要有以下几种：（１）有限差分法（ 2 ）有限元方法（ 3 ）边界元方法数值解法能解决的问题原则上是一切导热问题，特别是分析解方法无法解决的问题。如：几何形状、边界条件复杂、物性不均、多维导热问题。分析解法与数值解法的异同点：相同点：根本目的是相同的，即确定① t=f(x ，y ，z) ；②。不同点：数值解法求解的是区域或时间空间坐标系中离散点的温度分布代替连续的温度场；分析解法求解的是连续的温度场的分布特征，而不是分散点的数值。§4-1 导热问题数值求解的基本思想及内节点离散方程的建立实质

对物理问题进行数值解法的基本思路可以概括为：把原来在时间、空间坐标系中连续的物理量的场，如导热物体的温度场等，用有限个离散点上的值的集合来代替，通过求解按一定方法建立起来的关于这些值的代数方程，来获得离散点上被求物理量的值。该方法称为数值解法。这些离散点上被求物理量值的集合称为该物理量的数值解。 2 、基本思路：数值解法的求解过程可用框图4-1 表示。由此可见： 1 ）物理模型简化成数学模型是基础； 2 ）建立节点离散方程是关键； 3 ）一般情况微分方程中，某一变量在某一坐标方向所需边界条件的个数等于该变量在该坐标方向最高阶导数的阶数。一数值求解的步骤如图4-2 （a ），二维矩形域内无内热源、稳态、常物性的导热问题采用数值解法的步骤如下： 1 建立控制方程及定解条件控制方程：是指描写物理问题的微分方程针对图示的导热问题，它的控制方程（即导热微分方程）为：（a ）边界条件：x=0 时， x=H 时，当y=0 时，当y=W 时，区域离散化（确立节点）

Fluent辐射传热模型理论以及相关设置

Flue nt辐射传热模型理论以及相关设置目录 1概述..................................... 2基础理论................................... 2.1专业术语解释： ........................... 2.2FLUENT畐射模型介绍：......................... 2.3辐射模型适用范围总结 ........................ 3Flue nt实际案例操作............................ 3.1Casel-测试external emissivity 使用DC模型计算-2D 模型....... 3.2Case2-测试in ter nal emissivity- ........................... 使用DO模型计算-2D 模型 3.3仿真结论 ..............................

过冷温度对金属凝固的影响

过冷度对金属凝固的影响金属材料作为支撑国民生活富裕及安全的基础结构材料而大量使用。随着材料使用方法的多样化，对材料特性的要求也日益严格。因此，利用现代科学技术开发出高质量和高性能的钢铁材料将具有重大的现实意义。金属的凝固过程对金属的机械性能特点有重大影响，它决定着该零件组织，包括各种相的形态，大小和分布，直接影响到该零件后面的加工处理工艺，间接地影响了工件的加工性能和使用性能。而对于铸件和焊接件来说，结晶过程基本上就决定了它的使用性能和使用寿命，而对尚需进一步加工的铸锭来说，结晶过程既直接影响了它的轧制和锻压工艺性能，又不同程度地影响着其制品的使用性能。因此，研究和控制金属的结晶过程，已成为了提高金属力学性能和工艺性能的重要手段。而金属的结晶过程总是伴随着过冷，可以说研究金属的结晶过程就是相当于研究结晶过程对过冷的控制。 1过冷度的概念 1.1几种过冷定义过冷：金属理论凝固温度与实际温度之差。即图1中的ΔT。图1：过冷度热过冷：金属凝固时所需过冷度完全由传热所提供。仅由熔体实际温度分布决定。成分过冷：凝固时由于溶质再分配造成固液界面前沿溶质浓度变化，引起理论凝固温度的改变而在液固界面前液相内形成的过冷。这种由固-液界面前方溶质再分配引起的过冷，称为成分过冷。由界面前方的实际温度和液相线温度分布两者共同决定。成分过冷不仅受热扩散的控制，更受溶质扩散的控制。

1.2过冷现象实验表明纯金属的实际凝固温度Tn总比其熔点Tm低，这种现象叫做过冷。金属实际结晶温度Tn与理论结晶温度Tm之差，称为过冷度，用△T表示。其大小取决于： 1）液态金属的本性，金属不同，△T也不同； 2）纯度越高，△T越大； 3）冷却速度越快，△T越大。但无论多慢也不能在Tm结晶。 2金属结晶的必要条件 2.1过冷是结晶的必要条件由热力学规律可知，在等温等压条件下，物质系统总是自发地从自由能较高的状态向自由能较低的状态转变。如果液相的自由能比固相的自由能低，那么金属将自发地从固相转变为液相，即金属发生熔化。如果液相的自由能高于固相的自由能，那么液相将自发地转变为固相，即金属发生结晶，从而使系统的自由能降低，处于更为稳定的状态。结晶过程的驱动力：液相金属和固相金属的自由能之差，即体积自由能的下降就是促进这种转变的驱动力。而结晶的阻力就是其表面能。二者的大小与温度的关系如图2。图2：液相和固相自由能随温度的变化低值温度自由能：熵的物理意义是表征系统中原子排列混乱程度的参数。温度升髙，原子的活动能力提高，因而原子排列的混乱程度増加，即熵值增加，系统的自由能也就随着温度的升高而降低。纯金属液，固两相自由能随温度变化规律：

液态金属的传热与凝固方式

第五章液态金属的传热与凝固方式 1. 试分析铸件在金属型，砂型，保温型中凝固时的传热过程，并讨论在上述几种情况影响传热的限制性环节及温度场的特点。答：（1）砂型： 2λ 远小于1λ ，铸件冷却缓慢断面上的温差很小，而铸型内表面被铸件加热到很高的温度，而外表面仍处于较低的温度。砂型本身的热物理性质是主要因素（限制环节）。（2）金属型： a.铸件较厚，涂料较厚。铸件的冷却和铸型的加热都不十分激烈，大部分温度降在中间层，而铸型和铸件上温度分布均匀。传热过程主要取决于涂料层的热物理性质。 b.当涂料层很厚时，铸件的冷却和铸型的加热都很激烈，有明显的温度梯度界面热量很小，可忽略。传热过程取决于铸件、铸型的热物理性质。（3）保温型：与砂型情况类似，只是铸型比铸件的冷却更缓慢，铸型界面处温度梯度较大，而外部温度低（接近金属型后涂料）。 2.试应用凝固动态曲线分析铸件的凝固特征，根据铸件的动态凝固曲线能否判断其停止流动的过程。答： ①某一时刻的各区宽度，L 、L+S 、S 、L+S 宽度分别为，逐层、体积、中间凝固方式。 ②结壳早晚：

停止流动的过程：两线重合或垂直距离小，流动管道中晶体长大阻塞而停止流动。两线垂直距离大，液体中析出晶体较多，连成网络而阻塞。两线垂直中等，管道壁有一部分柱状晶，中心有等轴晶，使剩余的液体停止流动。 3. 试证明铁在熔点浇入铝制容器中，铝型内表明不会熔化。已知：铁液熔点t 10=1539℃ λ1=23.26()k m w ?，k kg J C ?=9211，3 1kg 6900m =ρ 铝液熔点660℃，λ2=23.26()k m w ?，k kg J C ?=9212，3 kg 6900m =ρ， t 20=20℃。解：起始边界温度t F 2 120 2101b b t b t b t F ++= ()()c c t p c b p c b 00F 2222111166064.642k 64.9152 .174549.121572092732.1745427315399.121572.17459.12157<==+?++?= ====λλ 不会熔化。 4. 用契福利诺夫定律计算铸件的凝固时间，误差来源于几方面？半径相同的圆柱和球哪个误差大？大铸件与小铸件哪个误差大？金属型和砂型哪个误差大？契福利诺夫定律：22 K R =τ 答： ⑴误差来自： ①金属型和接触面是无限大的平面，铸件和铸型的壁厚都是半无限大的; ② 与金属液接触的铸型表面温度浇注后立即达到金属表面温度，且以后保持结壳晚结壳早结壳正常

三种围护结构热桥传热特性数值分析

三种围护结构热桥传热特性数值分析【摘要】本文基于FLUENT软件，采用三维非稳态导热模型来模拟研究传统典型围护结构及节能建筑维护结构的传热特性，对比分析了室外环境温度周期性变化条件下，37墙、49墙及节能墙墙体热桥与主墙体处的传热规律。对比分析表明，节能型围护结构具有温度衰减倍数大、延迟时间长、内表面温度高等优良的性能。【关键词】数值模拟；围护结构；热桥传热特性；动态分析 0.概述本文使用FLUENT软件及其相关技术、结合相关理论，尝试对传统建筑围护结构及节能建筑围护结构的热桥传热特性进行对比研究。 1.物理模型的建立及简化 1.1物理模型的建立三种墙体主墙体均宽为3m，高为4m；窗宽为1.5m，高为1.6m；圈梁宽度为4m，高为1.2m，厚为砖墙厚度；过梁宽度为2.5m，高为1.2m，厚为砖墙厚度；外抹水泥砂浆厚与内抹石灰水泥砂浆均为0.02m；发泡聚乙烯苯板厚为0.08m；普通玻璃宽与高同窗一样，而厚为0.01m，节能中空玻璃宽与高同窗一样，厚度为0.02m。坐标原点位于砖墙中心点，墙体模型如图1所示：图1墙体模型 1.2物理模型的简化（1）不考虑流体对墙体的辐射作用。（2）仅以一面外墙作为研究对象，不考虑墙角处的柱。（3）墙四周作为绝热壁面处理。（4）室外温度按余弦函数变化，即： T=245+7×cos（2×3.14159×t/24×3600）(2.1) 室内环境温度恒为291K(18℃)。 2.数值计算过程 2.1 FLUENT模拟计算过程（1）在GAMBIT软件中创立37墙、49墙及节能墙体的几何模型和网格模型，并指定边界。（2）启动FLUENT求解器。（3）在FLUENT中导入网格模型。（4）检查网格模型是否存在问题。（5）选用稳态非藕合隐式求解器。（6）确定计算模型——三维非稳态导热方程。（7）设置材料特性参数。（8）设置边界条件。（9）调整用于控制求解的有关参数。（10）初始化流场。（11）开始求解。（12）在稳态基础上进行非稳态求解。（13）开始求解并显示求解结果。（14）保存计算结果。

2021年Fluent辐射传热模型理论以及相关设置

Fluent辐射传热模型理论以及相关设置欧阳光明（2021.03.07）目录 1概述2 2基础理论2 2.1专业术语解释：2 2.2FLUENT辐射模型介绍：2 2.3辐射模型适用范围总结2 3Fluent实际案例操作2 3.1Case1-测试external emissivity 使用DO模型计算-2D模型2 3.2Case2-测试internal emissivity-使用DO模型计算-2D模型2 3.3仿真结论2

1概述在传热的仿真中，有时候会不可避免的涉及到辐射传热，而我们对Fluent中辐射模型的了解甚少，很难得到可靠的计算结果。因此，一直以来，Fluent中的带辐射的传热仿真是我们的一个难点，本专题重点来学习辐射模型的理论，让我们对辐射计算模型有一个深入的了解，以帮助我们攻克这个仿真难点。 2基础理论 2.1专业术语解释：在Fluent中开启辐射模型时，流体介质以及固体壁面会出现一些专业的参数需要用户来设置。在Fluent help中介绍辐射模型时会经常提到一些专业术语。对这些专业参数以及术语，我们来一一解释： 1、Optical thickness（光学深度，无量纲量）：介质层不透明性的量度。即介质吸收辐射的能力的量度，等于入射辐射强度与出射辐射强度之比。设入射到吸收物质层的入射辐射强度为 I ，透射的辐射强度为 e，则 T = I/e，其中T为光学深度。按照此定义，那介质完全透明，对辐射不吸收、也不散射，透射的辐射强度e=入射辐射强度I，即光学深度为T=1，介质不参与辐射。—摘自百度百科而FLUENT中T=αL，其中L为介质的特征长度，α为辐射削弱系数（可理解为介质因吸收和散射引起的光强削弱系数）。如果T=0，说明介质不参与辐射，和百度百科中的定义有出入。但是所表达的意思是接近的，一个是前后辐射量的比值；一个是变化量和入射辐射量的比值（根据Fluent help里的解释，经过介质的辐射损失量=I*T，个人理解，按照此定义，T不可能大于1啊，矛盾。// Theory Guide :: 0 // 5. Heat Transfer // 5.3. Modeling Radiation // 5.3.2. Radiative Transfer Equation）。该问题的解释为：其实一点也不矛盾，如果Optical thickness =1，就说明辐射在经过一定特征长度L的介质后被完全吸收。如果>1，就说明辐射根本穿透不了特征长度L的介质，而被早早吸收完了。打个比方，Optical thickness=10，说明辐射在经过L/10距离后已经被吸收（或散射）完。其中α=αA+αS； 2、Absorption Coefficient（αA吸收系数，单位1/m，见图2-1）：因为介质吸收而导致的辐射强度在经过每单位长度介质后改变的量。空气作为流体介质时，一般不吸收热辐射，该系数可近视设为0。而当气体中水蒸气和CO2含量较高时，那对辐射的系数就不能忽略

多孔介质球体颗粒模型传热传质数值模拟及分析_刘宇卿

多孔介质球体颗粒模型传热传质数值模拟及分析刘宇卿韩战（中国矿业大学（北京）深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，100083）摘要：针对多孔介质传热传质的复杂性，本文利用非等径球颗粒模型构建了一类由颗粒胶结而形成的多孔介质，通过Fluent数值模拟对多孔介质热传导机理进行了研究，得出了多孔介质骨架颗粒的热传导规律，证明了利用局部非热平衡模型研究多孔介质传热的正确性，得到了孔隙介质颗粒体表面热流密度与内部流速、粒径尺寸有重要的内在联系。其中对非等径球体颗粒堆积模型的研究证明了在同一多孔介质体内不同粒径尺寸的颗粒流固壁面热传导系数也存在不同。在对渗流问题进行分析时，提出了等径球规则排列模型的不足，并分析了其中原因，然后利用非等径球模型再次对砂岩渗流问题进行了研究，得到了更好的结论。关键词：多孔介质，球体颗粒模型，数值模拟，传热一、引言本文将通过构建的球体颗粒排列的多孔介质模型结合多孔介质传热传质理论来进行数值模拟工作。考虑到砂岩中石英的导热系数相对较小，在传热机理分析时，我们采用传热系数相对大的铜作为骨架颗粒，将模拟结果进行提取、分析，并与经验公式进行比对，验证颗粒排列模型分析方法的可行性，并做出简要总结。之后我们利用石英作为骨架颗粒构建砂岩模型，对不同渗流情况下砂岩模型的传热情况进行分析。得到砂岩模型的导热系数、渗透情况等。最后利用砂岩模型与工程实际进行比对，确定此模型的适用性。二、研究方法及模型的建立 2.1 模型建立在低流速情况下，与等径模型相同的是在流速方向上球体颗粒表面热流密度呈递减趋势，不同点是非等径球颗粒模型第二排球颗粒表面热流密度有些高于等径球颗粒模型第二排球颗粒表面热流密度。原因是低流速情况下由于上排颗粒及周围液体固液面平均温差相对较小，且温穿透层更厚，所以有更多的热流密度通过固体间的接触传递往下排颗粒，加上大球之间又有小球存在，加大了往下层颗粒的导热量，但同时小

基于自适应蚁群算法的传热模型参数辨识

第33卷　第1期2009年1月冶金自动化 Metallurgical I ndustry Aut omati on Vol .33　No .1Jan .2009 　 ?人工智能技术应用? 基于自适应蚁群算法的传热模型参数辨识纪振平1 ,谢　植2 ,马交成 2 (11沈阳理工大学信息科学与工程学院,辽宁沈阳110168;21东北大学) 摘要:针对铸坯凝固传热模型校正问题,提出了采用自适应蚁群优化算法进行参数辨识的方法。首先在不同条件下对铸坯不同位置进行射钉并测量凝固坯壳厚度,然后根据测量数据集和凝固传热数学模型的数值解,采用自适应蚁群优化算法进行参数辨识,确定二冷区内各冷却段的传热系数,最后通过二冷出口铸坯表面温度和凝固坯壳厚度的测量数据与采用辨识参数的传热模型预测结果进行比较,验证了传热系数的准确性。校正的传热模型已成功应用于多台铸机的二冷配水优化。关键词:连铸;蚁群优化;传热模型;参数辨识中图分类号:TP18;TF34116　文献标志码:A 文章编号:100027059(2009)0120006206 Param eter i den ti f i ca ti on of hea t tran sfer m odel ba sed on adapti ve an t colony opti m i za ti on a lgor ith m J I Zhen 2p ing 1 ,X IE Zhi 2 ,MA J iao 2cheng 2 (1.School of I nfor mati on Science &Engineering,Shenyang L igong University,Shenyang 110168,China; 2.Northeastern University ) Abstract:For calibrati on of s olidificati on and heat transfer model of billet,a para meter identificati on method based on adap tive ant col ony op ti m izati on (AACO )algorithm was devel oped .Firstly,s olidifica 2ti on shell thickness of billet was measured by nail shooting at different positi ons under different condi 2ti ons .Foll owing that,according t o measured data set and nu merical s oluti on of s olidificati on heat trans 2fer model,para meter identificati on was carried out thr ough adap tive ant col ony op ti m izati on algorith m and heat transfer coefficient at any cooling seg ment of secondary cooling z one was deter m ined .Finally,measuring te mperature at exit of secondary cooling z one and shell thickness of billet were compared with calculati on results of s olidificati on heat transfer model with identified para meters .The results show that deter m ined para meters are correct .The calibrated model has been used in several casters for op ti 2m izati on of distributi on of secondary cooling water . Key words:continuous casting;ant col ony op ti m izati on;heat transfer model;para meter identificati on 二次冷却和凝固坯壳生长的精确控制是连铸操作中非常重要的环节[1] 。凝固传热数学模型越来越多地应用于改进现存连铸机的冷却系统和过程控制,准确地确定和校正传热模型的边界条件是模型成功应用的前提条件。铸机二冷区各冷却段的对流传热系数是关键的而且难以准确确定的边界条件,它主要由冷却水流量、铸坯表面温度和设备结构等因素决定,许多文献介绍了这方面的研究工作[1-4] 。由于二冷区内温度高且充满水蒸汽,而铸坯表面又覆盖水膜和氧化铁皮,所以难以通过在二冷区内测量铸坯表面温度的方法来校正对流传热系数,通常采收稿日期:2008205227;修改稿收到日期:2008209203 基金项目:国家高技术研究发展计划863重点项目(2006AA040307) 作者简介:纪振平(19642),男,辽宁岫岩人,副教授,博士,主要从事复杂工业过程控制的研究工作。

传热大作业-数值解法-清华-传热学

一维非稳态导热的数值解法一、导热问题数值解法的认识（一）背景所谓求解导热问题，就是对导热微分方程在规定的定解条件下的积分求解。这样获得的解称为分析解。近100年来，对大量几何形状及边界条件比较简单的问题获得了分析解。但是，对于工程技术中遇到的许多几何形状或边界条件复杂的导热问题，由于数学上的困难目前还无法得出其分析解。另一方面，在近几十年中，随着计算机技术的迅速发展，对物理问题进行离散求解的数值方法发展十分迅速，并得到日益广泛的应用。这些数值方法包括有限差分法、有限元法及边界元法等。其中，有限差分法物理概念明确，实施方法简便，本次大作业即采用有限差分法。（二）基本思想把原来在时间、空间坐标系中连续的物理量的场，如导热物体的温度场，用有限个离散点上的值的集合来代替，将连续物理量场的求解问题转化为各离散点物理量的求解问题，将微分方程的求解问题转化为离散点被求物理量的代数方程的求解问题。（三）基本步骤（1）建立控制方程及定解条件。根据具体的物理模型，建立符合条件的导热微分方程和边界条件。（2）区域离散化。用一系列与坐标轴平行的网格线把求解区域划分成许多子区域，以网格线的交点作为需要确定温度值的空间位置，称为节点。每一个节点都可以看成是以它为中心的一个小区域的代表，将小区域称之为元体。（3）建立节点物理量的代数方程。建立方法主要包括泰勒级数展开法和热平衡法。（4）设立迭代初场。（5）求解代数方程组。（6）解的分析。对于数值计算所获得的温度场及所需的一些其他物理量应作仔细分析，以获得定性或定量上的一些结论。对于不符合实际情况的应作修正。二、问题及求解（一）题目一厚度为0.1m 的无限大平壁，两侧均为对流换热边界条件，初始时两侧流体温度与壁内温度一致，1205f f t t t ===℃；已知两侧对流换热系数分别为h 1=11 W/m 2K 、h 2=23W/m 2K ，壁的导热系数λ=0.43W/mK ，导温系数a=0.3437×10-6 m 2/s 。如果一侧的环境温度1f t 突然升高为50℃并维持不变，计算在其它参数不变的条件下，平壁内温度分布及两侧壁面热流密度随时间的变化规律（用图形表示）。

金属凝固原理(全)

《金属凝固理论》期末复习题一、是非判断题 1 金属由固态变为液态时熵值的增加远远大于金属由室温加热至熔点时熵值的增加。(错） 2 格拉晓夫准则数大表明液态合金的对流强度较小。(错） 3 其它条件相同时，凹形基底的夹杂物不如凸形基底的夹杂物对促进形核有效。(错） 4 大的成分过冷及强形核能力的形核剂有利于等轴晶的形成。（对） 5 大多数非小平面-小平面共晶合金的共晶共生区呈现非对称型。（对） 6 根据相变动力学理论，液态原子变成固态原子必须克服界面能。（对） 7 具有糊状凝固方式的合金容易产生分散缩孔。（对） 8.金属熔体的黏度与金属的熔点相类似，本质都是反映质点间（原子间）结合力大小。（对） 9. 以熔体中某一参考原子作为坐标原点，径向分布函数表示距参考原子r处找到其他原子的几率。(错） 10. 液态金属中在3-4个原子直径的范围内呈一有序排列状态，但在更大范围内，原子间呈无序状态。（对） 11. 金属熔体的黏度越大，杂质留在铸件中的可能性就越大。（对） 12. 半固态金属在成型过程中遵循的流变特性，主要满足宾汉体的流变特性（对） 13. 在砂型中，低碳钢的凝固方式是体积凝固。(错） 14. 铸型具有一定的发气能力，会导致型腔气体反压增大，充型能力下降。（对） 15. 晶体生长的驱动力是固液两相的体积自由能差值。（对） 16. 绝大多数金属或合金的生长是二维晶核生长机理。(错） 17. Fe-Fe3C共晶合金结晶的领先相是奥氏体。(错） 18. 铸件中的每一个晶粒都代表着一个独立的形核过程，而铸件结晶组织的形成则是这些晶核就地生长的结果。(错） 19. 型壁附近熔体内部的大量形核只是表面细晶粒区形成的必要条件，而抑制铸件形成稳定的凝固壳层则为其充分条件. （对） 20.对于薄壁铸件，选择蓄热系数小的铸型有利于获得细等轴晶。(错） 21.处理温度越高，孕育衰退越快。因此在保证孕育剂均匀溶解的前提下，应尽量降低处理温度。（对） 22. 铸铁中产生的石墨漂浮属于逆偏析。(错） 23.湿型铸造的阀体铸件件皮下形成的内表面光滑的气孔，其形成原因主要是砂型的发气量大、透气性不足。（对）二、名词解释 1.黏度：是熔体在不同层面上存在相对运动时才表现出来的一种物理性能，其本质反映的是质点间的结合力大小。 2.金属遗传性：指在结构上，由原始炉料通过熔体阶段向铸造合金的信息传递，具体表现在原始炉料通过熔体阶段对合金零件凝固组织，力学性能及凝固缺陷的影响。 3.半固态铸造：指在金属的凝固过程中，对金属施加剧烈的搅拌或扰动、或改变金属的热状态、或加入晶粒细化剂、或进行快速凝固，即改变初生固相的形核和长大过程，得到的一种液态金属熔体中均匀地悬浮着一定球状初生固相的固液混合浆料，然后利用其进行成型的工艺。 4. 充型能力：液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力 5.非均质形核：指在不均匀的熔体中依靠外来杂质或型壁界面提供的衬底进行形核的过程 6. 临界形核半径：由金属学可知，只有大于临界半径的晶胚才可以作为晶核稳定存在，此

金属凝固习题答案

《液态金属成型原理》习题一（第一章第三章） 1. 根据实验现象说明液态金属结构。描述实际液态金属结构。实验依据： 1）多数金属熔化有约3-5%的体积膨胀,表明原子间距增加1-1.5%； 2）熔化时熵增大，表明原子排列混乱程度增加，有序性下降； 3）汽化潜热远大于熔化潜热, 比值=15-28，液态结构更接近固态； 4）衍射图的特征可以用近程有序概括；仅在几个原子间距范围内，质点的排列与固态相似，排列有序；液态金属结构：液体是原子或分子的均质的、密集的、“短程有序”的随机堆积集合体。其中既无晶体区域，也无大到足以容纳另一原子的空穴。与理想结构不同，实际金属含有杂质和合金元素，存在着能量起伏、结实验数据液体结构定性推论熔化时，约 3-5%的体积膨胀。原子间距增加1-1.5%,排列松散 Lb>>Lm 与固态相比，金属原子的结合键破坏很少部分熔化时熵增大排列的有序性下降，混乱度增加气、液、固相比较，液态金属结构更接近固态

构起伏和成分起伏。 2.估计压力变化10kbar引起的铜的平衡熔点的变化。已知液体铜的摩尔体积为8.0?10-6m3/mol，固态为7.6?10-6m3/mol，熔化潜热Lm=13.05kJ/mol，熔点为1085?C。 41.56K 3.推导凝固驱动力的计算公式，指出各符号的意义并说明凝固驱动力的本质。本质：凝固驱动力是由过冷度提供的，过冷度越大，凝固驱动力越大。 4.在环境压力为100kPa下，在紧靠熔融金属的表面处形成一个直径为2μm 的稳定气泡时，设气泡与液体金属的σ=0.84N/m，求气泡的内压力。 P=100kPa +( 2*0.84N/m)/(1*10-6m)=1780kPa 5.如何区分固—液界面的微观结构？界面结构判据：Jackson因子α≤2，X=0.5时，?G=min，粗糙界面； α≥3，X→ 0或1时，?G=min，光滑界面； 6.推导均质形核下临界晶核半径和临界形核功，并说明过冷度对二者的影响

1传热分析与模型建立

1 传热分析与模型建立 1.1 路面太阳能集热系统路面太阳能集热系统如图1-(a)所示。夏季集热蓄能的过程为太阳能热源加热路面，通过路面内部导热把收集的热量传递给路面埋管内的流体，此时流体被加热为热流体，热流体经泵送至地下换热器组；然后，通过换热器与土壤之间换热，把热量传递给土壤进行储存。换热器与土壤进行换热后的流体温度下降，变成冷流体后通过回水泵送至地面再次参与路面集热换热。（a）集热路面平面图（b）集热路面纵面图图1 路面太阳能集热系统 Fig.1 schematic progress of HSC 1.2热模型的基本假设条件太阳能路面集热过程是一个复杂的传热过程，根据路面集热系统的结构特点和传热特性，可以把路面的集热简化成准三维模型，为了简化分析需做以下的基本假设：(1) 由于管轴线方向管壁温度变化很小，故可认为管壁面温度沿轴线方向不变；(2) 认为各层材料物性均匀恒定，并且忽略层与层之间的接触热阻；(3) 由于管间的温度分布具有对称性，在取传热计算单元时，可设其温度分布对称处为绝热；(4) 管子弯曲处的温度变化经实验证明与直段的相差不大，因此计算时近似认为弯曲的部分为直段。 1.3模型的建立考虑到在路面除了最边缘的管外，其他各管的分布基本相同，所以可将其看为周期模型，根据对称性建立计算单元如图2－(a)所示。设计算模块xyz方向的长度分别为m、、l。根据前面的假设条件可以把计算单元简化成图2-(b)所示。

(a) 三维单元格图示 (b)二维单元格图示图2 计算单元示意图 Fig.2 schematic of calculation region 1.3.1控制方程应用传热机理对图2-(b)所示的计算区域进行分析，传热单元满足下述导热微分方程： ??? ? ????+??=??2222y T x T c t T ρλ (1) 其中：T ——表示温度，℃；t ——表示时间，s 。 1.3.2初始条件 00T T t == (2) 其中：0 T ——表示路面初始温度，℃。 1.3.3边界条件（1）由于结构的对称性ab 、cd 、ef 可视为绝热边界，同时由于保温材料的绝热性bc 可视为绝热边界，即 ab y t x T x ∈>=??-=,0,00 (3) ef cd y t x T m x ,,0,0∈>=??- = (4) bc x t y T y ∈>=??-=,0,00 (5) （2）af 可视为第二类边界条件

传热学中几种常用的软件及数值解法的介绍

传热学中几种常用软件及数值解法的介绍一、常用软件介绍： 1、FLUENT 软件简介 FLUENT软件是美国FLUENT公司开发的通用CFD流场计算分析软件，囊括了Fluent Dynamic International、比利时Polyflow和Fluent Dynamic International（FDI）的全部技术力量（前者是公认的粘弹性和聚合物流动模拟方面占领先地位的公司，而后者是基于有限元方法CFD软件方面领先的公司）。 FLUENT是用于计算流体流动和传热问题的程序。由于采用了多种求解方法和多重网格加速收敛技术，因而FLUENT能达到最佳的收敛速度和求解精度。灵活的非结构化网格和基于解的自适应网格技术及成熟的物理模型，使FLUENT在转捩与湍流、传热与相变、化学反应与燃烧、多相流、旋转机械、动/变形网格、噪声、材料加工、燃料电池等方面有广泛应用。采用的数值解法有限体积法（Finite Volume Method）程序的结构 FLUENT程序软件包由以下几个部分组成： (1)GAMBIT——用于建立几何结构和网格的生成。 (2)FLUENT——用于进行流动模拟计算的求解器。

(3)prePDF——用于模拟PDF燃烧过程。 (4)TGrid——用于从现有的边界网格生成体网格。 (5)Filters(Translators)—转换其他程序生成的网格，用于FLUENT计算。 FLUENT程序可以求解的问题 (1)可压缩与不可压缩流动问题。 (2)稳态和瞬态流动问题。 (3)无黏流，层流及湍流问题。 (4)牛顿流体及非牛顿流体。 (5)对流换热问题(包括自然对流和混合对流)。 (6)导热与对流换热耦合问题。 (7)辐射换热。 (8)惯性坐标系和非惯性坐标系下的流动问题模拟。 (9)用Lagrangian轨道模型模拟稀疏相(颗粒，水滴，气泡等)。 (10)一维风扇、热交换器性能计算。 (11)两相流问题。 (12)复杂表面形状下的自由面流动问题。用FLUENT程序求解问题的步骤利用FLUENT软件进行求解的步骤如下： (1)确定几何形状，生成计算网格(用GAMBIT，也可以读入其他指定程序生成的网格)。 (2)输入并检查网格。