- •«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 пластине, нагреваемой излучением от окружающей среды
Значения
относительной температуры
в точках x=х/S=0
(плоскость симметрии) и x=х/S=1
(поверхность) пластины при нагреве
излучением от окружающей среды при
различных значениях
и
:
σ – коэффициент излучения, Тср
– температура среды,
S – половина
толщины пластины, Т°
– начальная температура цилиндра, λ –
коэффициент теплопроводности материала
пластины.
Sk=0,5
|
Sk=1,0 =0,15 |
||||
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 1,0 |
0,1539 0,1804 0,2210 0,2665 0,3132 0,3597 0,4052 0,4494 0,4920 0,5327 |
0,3269 0,3984 0,4532 0,5008 0,5446 0,5855 0,6238 0,6595 0,6926 0,7231 |
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 |
0,1577 0,2095 0,2853 0,3654 0,4420 0,5125 0,5760 0,6325 0,6824 0,7262 |
0,4934 0,6109 0,6855 0,7401 0,7831 0,8181 0,8470 0,8711 0,8912 0.9080 |
Sk=10,0 =0,15 |
Sk=1,0 =0,2 |
||||
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 0,9 1,0 |
0,1855 0,3259 0,4631 0,5748 0,6637 0,7340 0,7897 0,8337 0,8685 0,8960 |
0,9596 0,9723 0,9787 0,9833 0,9869 0,9897 0,9918 0,9936 0,9949 0,9960 |
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 |
0,2076 0,2586 0,3323 0,4092 0,4821 0,5486 0,6082 0,6610 0,7074 0,7480 |
0,5372 0,6471 0,7152 0,7644 0,8032 0,8348 0,8609 0,8827 0,9009 0,9161 |
Sk=4 =0,25 |
Sk=2 =0,3 |
||||
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 1,0 |
0,2730 0,3817 0,4969 0,5941 0,6731 0,7369 0,7884 0,8298 0,8631 0,8899 |
0,9023 0,9346 0,9498 0,9604 0,9685 0,9749 0,9800 0,9840 0,9872 0,9897 |
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 |
0,3138 0,3927 0,4878 0,5739 0,6470 0,7081 0,7589 0,8010 0,8359 0,8647 |
0,7994 0,8659 0,8969 0,9176 0,9334 0,9459 0,9559 0,9640 0,9706 0,9760 |
Приложение 7
