《带钢连续热处理炉内热过程数学模型及过程优化》

1绪论1

2带钢热处理工艺与设备3

2.1带钢热处理工艺4

2.1.1 带钢再结晶退火4

2.1.2 退火工艺曲线9

2.2带钢热处理设备11

2.2.1 森吉米尔法12

2.2.2 改良森吉米尔法13

2.2.3 美钢联法13

2.2.4 改良森吉米尔法与美钢联法的比较15

2.2.5 卧式加热炉与立式加热炉的比较19

2.2.6 预热段（炉）23

2.2.7 加热段（炉）26

2.2.8 冷却段（炉）30

2.3不锈钢退火工艺概述37

2.3.1 不锈钢分类与特性38

2.3.2 不锈钢热处理的目的40

2.3.3 不锈钢退火炉炉型选择43

3带钢热处理数学模型与优化策略研究现状45

3.1带钢热处理炉内热过程模型研究进展45

3.1.1 带钢整体非稳态热过程模型46

3.1.2 带钢单元热过程跟踪模型48

3.1.3 炉内热过程的半理论半经验模型48

3.2带钢热处理炉仿真优化控制研究进展53

3.2.1 优化目标函数的确定53

3.2.2 稳定工况下的优化控制策略54

3.2.3 变工况下的优化控制策略55

3.2.4 基于智能优化技术的控制策略57

4封闭空间内的辐射换热61

4.1辐射换热的基本概念65

4.1.1 辐射角系数的定义及其求解方法66

4.1.2 蒙特卡洛法的基本原理68

4.2基于蒙特卡洛法的多个灰面间辐射换热通用模型72

4.2.1 设计蒙特卡洛法程序需要考虑的问题73

4.2.2 曲面单元设计76

4.3蒙特卡洛法模型的验证与计算误差分析78

4.3.1 基于统计学的蒙特卡洛法误差分析78

4.3.2 蒙特卡洛法模型验证与误差分析81

4.4封闭空间辐射换热计算方法90

4.4.1 封闭空间辐射透明介质下的辐射换热90

4.4.2 封闭空间辐射参与性介质下的辐射换热94

4.5蒙特卡洛法在复杂空间辐射换热模型中的应用96

4.5.1 堆积状态下小球辐射换热模型96

4.5.2 小球蓄热室内球体之间辐射换热的分析99

4.5.3 辊底式辐射管炉内辐射换热模型102

4.5.4 粗糙表面黑度系数的理论计算模型104

5气体射流冲击换热108

5.1 气体射流冲击换热的实验方法和实验关联式114

5.2气体射流冲击换热数值仿真120

5.2.1 RNG k-ε湍流模型计算单孔射流冲击换热122

5.2.2 假设条件及边界条件设置123

5.2.3 流场特征参数验证与分析124

5.2.4 换热特性验证与分析127

5.2.5 不同射流结构下单孔射流压力系数的分布规律129

5.2.6 不同射流结构下单孔射流Nu数的分布规律131

5.3孔排射流冲击流动与换热过程数值模拟136

5.3.1 换热特性分析137

5.3.2 流场特性分析140

6粗糙表面间接触换热142

6.1接触换热的统计模型145

6.1.1 假设条件145

6.1.2 单峰接触模型146

6.1.3 接触统计模型146

6.1.4 接触间隙内的辐射模型147

6.1.5 接触换热模型验证及其分析149

6.1.6 等效辐射系数的定义与分析152

6.2影响接触热导的因素155

6.2.1 温度对接触热导的影响155

6.2.2 接触副导热系数与接触热阻的关系155

6.2.3 接触副硬度与接触热导的关系156

6.2.4 接触热阻影响因素的综合分析156

6.3带钢辊冷过程的仿真分析158

6.3.1 带钢与冷却辊接触换热模型159

6.3.2 数值仿真分析160

6.4 立式炉辊室内的传热仿真分析162

6.5 接触传热在带钢连续热处理炉上的最新应用164

7连续热处理立式炉炉内热过程数学模型及验证166

7.1 带钢传热过程物理模型166

7.2带钢传热过程数学模型167

7.2.1 假设条件167

7.2.2 控制方程168

7.3带钢传热模型边界条件的确定168

7.3.1 辐射换热边界条件168

7.3.2 射流冲击换热边界条件169

7.3.3 接触换热边界条件170

7.3.4 其他换热边界条件171

7.4 数值求解方法及计算流程框图172

7.5立式炉内带钢传热过程的数值模拟及实验验证174

7.5.1 辐射管加热段内温度实测及其特性分析174

7.5.2 基于炉膛温度的辐射管加热段的实验验证176

7.5.3 基于辐射管管壁温度的辐射管加热炉段实验验证181

7.5.4 电阻加热段内的数值模拟及实验验证184

7.5.5 快速冷却段和感应加热段的数值模拟及实验验证187

8不锈钢连续热处理卧式炉炉内热过程数学模型及验证190

8.1物理模型与数学模型190

8.1.1 控制方程及其离散化190

8.1.2 外掠平板对流换热模型193

8.1.3 炉内辐射换热模型193

8.1.4 气体射流冲击换热模型195

8.1.5 水雾／气雾冷却换热模型196

8.2炉膛热平衡模型的建立196

8.2.1 加热段热平衡模型196

8.2.2 冷却段热平衡模型197

8.2.3 全炉热平衡模型198

8.3不锈钢热带连续退火炉数值仿真结果及验证198

8.3.1 加热部分带温实测值、配方值与仿真结果分析199

8.3.2 不锈钢热带连续退火炉加热部分实验验证202

8.3.3 不锈钢热带连续退火炉冷却部分实验验证212

8.4不锈钢冷带连续退火炉数值仿真结果及验证227

8.4.1 不锈钢冷带连续退火炉加热部分验证227

8.4.2 不锈钢冷带连续退火炉冷却部分验证238

8.4.3 仿真结果验证统计分析241

8.4.4 热平衡仿真结果及验证243

9带钢连续热处理过程操作参数的优化及仿真246

9.1稳定工况下操作参数的优化控制策略246

9.1.1 极限带速的计算方法247

9.1.2 启发式优化算法250

9.2变工况时的参数优化控制策略252

9.2.1 带钢钢种及规格相同时的变工况控制策略253

9.2.2 可行工况集的交集非空时的变工况控制策略254

9.2.3 可行工况集的交集为空集时的变工况控制策略257

9.3 立式炉操作参数优化控制数值仿真分析258

附录262

参考文献267