连铸板坯结晶器传热并行计算及其可视化

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1、大连理工大学硕士学位论文摘要结晶器是连铸机的核心部件，完成将钢液初步凝固成型的任务。实际生产中，结晶器铜板与铸坯间的传热状况对于铸坯的表面质量具有重要的影响，实时、准确地了解结晶器传热与铸坯凝固特性，对于漏钢预报和铸坯表面质量的在线预测均具有重要意义。尽管目前投入应用的“结晶器专家系统”提供了初步的“可视化”功能，但就目前的“热成像"技术而言，多是采用较为简单的插值算法，仅能生成结晶器铜板温度云图，不能为在线检测提供结晶器温度、热流和坯壳分布等重要信息，尚未实现真正意义上的结晶器“可视化"。在这其中，由于缺乏合适的将在线监测与传热模拟结合的数学模型，以及数值模拟“精

2、确性"与在线监测“实时性"要求间的矛盾，成为结晶器可视化、智能化技术开发和应用的掣肘。针对上述问题，本文以板坯连铸结晶器为研究对象，重点对基于实测数据的结晶器传热实时计算及其可视化方法进行研究。基于实测的板坯连铸结晶器温度数据，建立了针对实测的结晶器传热与铸坯凝固反问题计算模型。通过迭代降低结晶器温度计算值与热电偶实测值之差，确定测点处的局部热流及其分布，减小了以热流经验公式作为边界条件进行传热计算时所带来的误差，获得了能够反映实际工况的结晶器传热与铸坯的凝固信息。但反问题模拟导致计算时间大幅增加，难以满足实时监控的要求。采用普通微型计算机和交换机搭建了分布式并行计

3、算机集群，运用MPI和VisualC++6．O构建并行编程平台，根据连铸板坯／结晶器传热特点，对原有的数值计算串行算法进行并行化处理，得到了板坯／结晶器传热数值模拟的并行计算程序，并在自行构建的集群上对其进行了测试。测试结果表明，在网格剖分单元300X10的划分方式下，4个节点的计算能够有效减少计算时间至3．9s，加速比和并行效率分别达到3．47和86．75％，为结晶器传热在线模拟的实现提供了可行途径。借助OpenGL技术和VisualC++6．O开发环境，依据物理量与颜色值的线性对应关系，设计了六面逐步绘制、连接形成三维图形的“降维法"绘制方式，开发出结晶器传热和

4、铸坯凝固可视化软件，实现了结晶器温度、热流、坯壳厚度等各种物理场的2一D及3．D可视化。为探知高温恶劣工况条件下的结晶器“黑匣"、在线把握和调控连铸生产提供了有效手段。关键字：连铸结晶器；板坯；传热反问题；并行计算；可视化连铸板坯／结晶器传热并行计算及其可视化Researchonparallelcalculationandvisualizationforheattransferofslab／mouldincontinuouscastingAbstractThemouldisthecorecomponentofcontinuouscasterforprimarycoo

5、lingandinitialshellformingofliquidsteel．Duringtheprocessingofsteelcontinuouscasting,heatfluxbetweenmouldcopperplateandslabhassignificanteffectsontheslab’Squality．Findingoutthecharactefisticofmouldheattransferandthesolidificationofslabexactlyinreal-timeisveryimportantforforecastingthes矗

6、ckbreakoutandslab’Squalityon-line．The‘'mouldexpertsystem'’beingusedprovidessomepreliminaryvisualizationfunctionsuchast‘'thermalimaging'’technology,whichcallonlygivethetemperaturenephogramofmouldcopperplatebyusingsimplyinterpolationalgorithmratherthansomeimportantinformationlikedistribu

7、tionofmouldtemperature，heatfluxandsolidifiedthicknessofslabon—line．Themouldvisualizationhasnotrealizedyetinfact．Lackingofsuitablemathematicalmodelcombiningtheon-linemonitoringwithheattransfersimulationandtheconflictbetween“accuracy'’ofnumericalsimulationand‘heal—timeproperty'’ofon-li