- •«Череповецкий государственный университет» Инженерно-технический институт
- •Технология математического моделирования металлургических процессов курс лекций
- •1. Методология разработки математических моделей металлургических процессов
- •1.1. Роль моделей при разработке и освоении новых металлургических технологий и агрегатов
- •1.2. Методология разработки математических детерминированных моделей металлургических процессов
- •Элементы системного подхода
- •Р Рис. 1.2. Структурная схема процесса разработки модели и моделирования объекта ис. 1.3. Условное представление объекта управления
- •2.2. Примеры проблемных ситуаций
- •2. От объекта до формулировки задач исследования
- •2.1. Основные понятия
- •2.3. Пример выполнения этапа разработки «От объекта до формулировки задач исследования»
- •3.Физическое описание объекта
- •Источники информации и пример физического описания
- •Применение системного подхода к формализации физического описания
- •Р ис.3.2. Структурная схема системы процесса вакуумной обработки
- •4. Математическое описание процесса тепломассопереноса в металлургических агрегатах
- •4.1. Виды балансовых уравнений
- •Некоторые упрощения уравнения теплопереноса
- •Выбор начального и граничных условий
- •4.3.1. Выбор начального условия
- •4.3.2. Выбор граничных условий
- •4.4. Учет выделения тепла кристаллизации при затвердевании двойных сплавов и чистых металлов
- •5. Математическое описание гидродинамических процессов в объеме жидкой стали металлургических агрегатов.
- •Вынужденная конвекция жидкости в ограниченном объеме
- •5.2 Свободная конвекция жидкости в ограниченном объеме
- •6. Разработка численной модели
- •6.1. Метод конечных разностей и пример применения
- •Второй производной по координате
- •6.2. Алгоритмы решения конечно-разностной задачи теплопроводности в цилиндре
- •7. Тестирование компьютерной модели тепловых процессов
- •7.1. Введение в тестирование
- •Тестирование алгоритма решения задачи теплопроводности при граничных условиях третьего рода
- •Вывод критериев подобия для граничных условий третьего рода
- •Тестирование алгоритма решения
- •Тестирование алгоритма решения задачи теплопроводности при теплообмене излучением с окружающей средой
- •Вывод критериев подобия для граничных условий излучением
- •Тестирование алгоритмов решения
- •Дополнительные методы настройки алгоритмов численного решения
- •8. Проверка адекватности и адаптация модели
- •Р ис. 8.1. Кривые охлаждения оси (1) и поверхностного слоя (2):
- •9. Выбор исходных данных для моделирования
- •10. Исследование объекта с помощью модели
- •Р ис. 10.3. Схема к расчету количества вариантов моделирования:
- •11. Решение задач исследования
- •Уравнение теплопереноса
- •Уравнение массопереноса
- •Уравнения гидродинамики
- •Уравнение сплошности
- •Точное решение задачи теплопроводности в охлаждаемой пластине при граничных условиях третьего рода
- •Точное решение задачи теплопроводности в пластине, нагреваемой излучением от окружающей среды
- •Точное решение задачи теплопроводности в охлаждаемом цилиндре при граничных условиях третьего рода
- •Точное решение задачи теплопроводности в цилиндре, нагреваемой излучением от окружающей среды
- •Литература
Точное решение задачи теплопроводности в охлаждаемой пластине при граничных условиях третьего рода
Значения
относительной температуры
в точках x=х/S=0
(плоскость симметрии) и x=х/S=1
(поверхность) сечения неограниченной
пластины при охлаждении конвекцией
окружающей среды при различных значениях
Bi=αS/λ:
Тср
– температура среды,
Т° – начальная
температура, Х
- относительная координата, 2S
– толщина пластины, α – коэффициент
теплоотдачи, λ – коэффициент
теплопроводности.
|
Bi=1 |
|
|
Bi=2 |
|
Fo |
X=0 |
X=1,0 |
Fo |
X=0 |
X=1,0 |
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 1,00 |
0,99332 0,94864 0,89202 0,83119 0,77455 0,7l793 0,66681 0,61929 0,53411 |
0,72384 0,64365 0,58912 0.54444 0,50479 0,46853 0,43500 0,40398 0,34841 |
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,00 |
0,98779 0,91789 0,83661 0,74225 0,66025 0,58775 0,52335 0,46603 0,41500 0,36956 |
0,55361 0,45765 0,39841 0,35235 0,31314 0,27868 0,24812 0,22094 0,19675 0,17522 |
|
Bi=4 |
|
|
Bi=6 |
|
Fo |
X=0 |
X=1,0 |
Fo |
X=0 |
X=1,0 |
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,00 |
0,98013 0,87786 0,75740 0,64744 0,55218 0,47067 0,40113 0,34185 0,29133 0,24828 |
0,36499 0,27941 0,23160 0,19599 0,16672 0,14201 0,12102 0,10313 0,08789 0,07490 |
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,00 |
0,97496 0,92114 0,85467 0,72031 0,60184 0,50190 0,41840 0,34873 0,29067 0,24227 |
0,26675 0,22455 0,19713 0,15981 0,13237 0,11017 0,09179 0,07651 0,06377 0,05310 |
|
Bi=7,5 |
|
|
Bi=8 |
|
Fo |
X=0 |
X=1,0 |
Fo |
X=0 |
X=1,0 |
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,00 |
0,97205 0,84293 0,70245 0,58062 0,47911 0,39522 0,32593 0,26887 0,22177 0,18292 |
0,22077 0,16078 0,12908 0,10586 0,08722 0,07191 0,05931 0,04892 0,04035 0,03328 |
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,00 |
0,97101 0,83971 0,69769 0,57503 0,47318 0,38923 0,32015 0,26333 0,21660 0,17825 |
0,20863 0,15138 0,12124 0,09917 0,08148 0,06700 0,05511 0,04533 0,03728 0,03067 |
Приложение 6
