- •«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 цилиндре, нагреваемой излучением от окружающей среды
Значения
относительной температуры
в точках x=r/R=0
(ось) и x=r/R=1
(поверхность) цилиндра, нагреваемого
излучением от окружающей среды при
различных значениях
и
:
σ – коэффициент излучения, Тср
– температура окружающей среды,
R
– радиус цилиндра, Т°
– начальная температура цилиндра, λ –
коэффициент теплопроводности
материала цилиндра.
Sk=0,25 =0,15 |
Sk=0,75 =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 |
0,1567 0,1922 0,2390 0,2881 0,3373 0,3860 0,4338 0,4805 0,5258 0,5693 |
0,2553 0,3114 0,3621 0,4111 0,4588 0,5053 0,5502 0,5932 0,6341 0,6726 |
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 |
0,1699 0,2730 0,4018 0,5246 0,6314 0,7193 0,7891 0,8430 0,8840 0,9147 |
0,4561 0,5993 0,7059 0,7860 0,8450 0,8880 0,9190 0,9414 0,9576 0,9693 |
Sk=0,5 =0,2 |
Sk=1,5 =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 |
0,2132 0,2826 0,3717 0,4616 0,5464 0,6235 0,6915 0,7501 0,7994 0,8403 |
0,4056 0,5092 0,5961 0,6718 0,7365 0,7907 0,8350 0,8706 0,8989 0,9212 |
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 |
0,3366 0,4978 0,6531 0,7666 0,8446 0,8970 0,9191 0,9467 0,9649 0,9769 |
0,7765 0,8754 0,9228 0,9506 0,9681 0,9792 0,9838 0,9894 0,9931 0,9954 |
Sk=1 =0,5 |
Sk=1,5 =0,5 |
||||
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 |
0,5223 0,6215 0,7224 0,8014 0,8595 0,9012 0,9309 0,9517 0,9663 0,9765 |
0,7933 0,8694 0,9123 0,9401 0,9588 0,9715 0,9803 0,9864 0,9906 0,9934 |
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 |
0,5307 0,6537 0,7644 0,8428 0,8958 0,9312 0,9320 0,9552 0,9705 0,9806 |
0,8612 0,9205 0,9499 0,9677 0,9790 0,9863 0,9864 0,9911 0,9942 0,9962 |
