Введение к работе
Актуальность работы. Выпускаемая многими российскими предприятиями металлопродукция находит спрос на отечественном и мировом рынке, однако :ебестоимость этой продукции часто оказывается выше, чем в промышленно эазвитых странах. Кроме того, при выходе на мировой рынок обязательным условием является обеспечение высокого качества выпускаемой продукции, соторое должно тесно увязываться с вопросами экономии энергетических ресурсов и защиты окружающей среды. Вследствие сложности протекающих з энерготехнологических агрегатах процессов получить решение этой задачи збычными, чисто эмпирическими методами не удается. Поэтому важнейшим інструментом анализа тепловой работы энерготехнологических установок ггановится математическое моделирование, особенно в настоящее время, когда нирокое распространение получила вычислительная техника. Особенно іктуальной является разработка методов математического моделирования тепловых процессов скоростного нагрева, который в настоящее время находит 5се большее применение вследствие обеспечения высокой производительности \ резкого уменьшения угара металла. Математическое моделирование іозволяет не только сократить время проектирования таких объектов, но и юставить на модели вычислительные эксперименты, которые практически не логут быть реализованы ни на действующем агрегате, ни на его физической лодели.
Определяющее влияние на показатели работы ряда печей скоростного їагрева оказывают совместно протекающие процессы радиационно-сонвективного и кондуктивного (в дальнейшем сложного) теплообмена. Эффективность функционирования таких агрегатов во многом определяется тдежностью и точностью расчетов теплообмена на стадии проектирования и эазработки системы управления их тепловыми режимами. Существующие на :егодня математические модели нагревательных печей ориентированы в )Сновном на медленно протекающие процессы и часто не принимают в расчет
4 продольный перенос тепла излучением. Для печей скоростного нагрев;
требуется более уточненный расчет динамических характеристик процессов і
учетом разрывности заготовки и гибкого производства (смены сортамента
производительности, остановок и пусков печи). При расчете теплопередачи з;
счет излучения в прежних моделях рассчитывались фиксированные дл:
расчетного участка коэффициенты радиационного обмена, не меняющиеся в<
времени, которые определялись для случая полного заполнения расчетной
участка металлом, что накладывает ограничение на разрывность заготовки.
Включение модели в контур управления агрегатом является одним и широко применяемых в последнее время методов построения автоматизирован ной системы управления технологическим процессом. Однако создали* эффективной системы управления возможно лишь на основе адекватной моделі процесса, после создания которой можно отказаться от дорогостоящи: экспериментов на реальном объекте, заменив их вычислительными.
Цель работы — разработка динамической математической модели процессо: сложного теплообмена для условий скоростного нагрева металла на пример секционной печи, использование модели для выбора и оптимизациі температурно-тспловых режимов и конструктивных параметров, выработк] на ее основе рекомендаций по совершенствованию алгоритмов управлени. секционной печи, а также оценки возможности равномерного нагрева заготово: по длине без использования индукционной установки.
Научная новизна. В соответствии с поставленной целью были впервы получены и выносятся на защиту следующие основные результаты:
- динамическая с высоким пространственным разрешением мультизональ ная математическая модель процессов сложного теплообмена при скоростног газовом нагреве трубных заготовок в секционной печи, учитывающа продольный перенос тепла излучением и подвижную границу нагреваемог материала;
- методика численного расчета нестационарного теплообмена при наличии
іеремешшх интервалов между отдельными заготовками;
результаты исследований, отражающие зависимость величины перегрева :онцов заготовок от скорости движения заготовок и интервала между ними;
апробированные с помощью разработанной модели рекомендации по :овершенствованию алгоритмов управления работой секционной печи.
Практическая ценность диссертации заключается в создании динами-іеской математической модели сопряженных тепловых процессов для условий :коростного нагрева на примере секционной печи газового нагрева трубных :аготовок. Программный комплекс был использован при проектировании 'частка газового нагрева редукционного стана 18-38 Первоуральске го ювотрубного завода. Проведенные с помощью модели расчетно-теоретические ісследования позволили определить рациональные режимные параметры печи, та базе разработанной модели была апробирована система управления епловыми режимами секционной печи, реализующая предложенный автором :пособ нагрева, обеспечивающий равномерный по длине температурный ірофиль заготовок без использования индуктора.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на Международном :еминаре "Моделирование, современные технологии, экспертные системы и :истемы управления в области тепломассообмена" (г. Екатеринбург, 1996), іредставлялись на Всероссийской научно-технической конференции 'Информационные технологии, системы управления и электроника" г.Екатеринбург, 1997).
Публикации. По теме диссертации опубликованы четыре научные работы.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех лав, заключения, списка используемых источников, приложения. Работа іьшолнена на 179 страницах, содержащих 109 страниц машинописного текста, І8 иллюстраций, 11 таблиц и библиографический список из 86 наименований >абот, приложение.