冶金过程数值模拟

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1、冶金过程数值模拟----2007春内蒙古科技大学冶金工程研究所冶金过程数值模拟工学硕士2006ZHZW2007-3-437/37冶金过程数值模拟----2007春冶金过程数值模拟1．绪论1.1科学研究的第三种方法论1.1.1实验研究1.1.2理论研究1.1.3科学计算1.2数值模拟的思路与方法1.2.1数学模型的建立1.2.2数值方法1.2.3结果分析1.3课程内容1.4课程要求2．代数方程模型例1风力作用下自由落体小球偏移量计算例2转炉内液滴喷溅与传热计算例3烟囱排烟问题3．微分方程模型3.1微分方程模型的完备性3.2传输问题的通用输运方程模型3.2.1输运方

2、程3.2.2定界条件4．层流与湍流流动的数学模型4.1层流流动数学模型37/37冶金过程数值模拟----2007春4.2湍流流动数学模型4.2.1混合长度模型4.2.2双方程模型4.2.3雷诺应力模型4.2.4直接数值模拟1．数值计算方法5.1区域离散化5.2微分方程的代数化5.3常微分方程的初值问题5.4稳态扩散问题5.5非稳态扩散问题5.6对流扩散问题5.7层流流动问题5.8湍流流动问题2．辐射传热模型6.1辐射传热也是传输问题6.2区域法6.3Monte－Carlo法6.4热流法6.5随机热流法6.6辐射传热的输运方程模型6.7离散坐标法37/37冶金过程

3、数值模拟----2007春6.8其它方法1．湍流燃烧模型7.1简单化学反应机理与复杂化学反应机理7.2快速化学反应模型7.3设定的PDF模型7.4二阶矩模型7.5PDF输运方程模型7.6直接数值模拟2．电磁场的数学模型8.1电磁现象8.2电磁场的基本规律8.3电磁场的数学模型8.4多层介质中的电场问题8.5连铸电磁搅拌问题3．复杂过程数学模型9.1复杂过程的定量认识9.2转炉二次燃烧问题分析4．数值模拟理论的现代进展与展望37/37冶金过程数值模拟----2007春1绪论这门课叫“冶金过程数值模拟”，是我们学校的特色课程。首先，我们学校起步早。是在上个世纪八十年

4、代，我们学校的贺友多教授带领课题组就开始做这一方面的工作，与清华大学一起起步。经过近二十多年的发展，我们形成了我们自己的特色，而且走在了冶金院校的前列，培养的研究生也受到行内人士好评。其次，人员结构合理。从最早贺老师组织的课题组开始，包括有各种专业的人材，有冶金、物理、数学、热能等，这样就会产生思想的冲击，便于对问题进行深入的讨论与认识。对科学问题或是自然问题本质的认识中，知识只是第二位的，方法论是第一位的。对科学或工程问题提出自己的想法，有时做不到，有时做得到，如果做到了那就是科学上的进步，或是技术上的改进。1.1科学研究的第三种方法论科学研究的方法论最基础的

5、有两种：实验研究与理论研究，今天有产生了第三种方法论，就是我们这里要讲的数值模拟，或者称之为科学计算。1.1.1实验研究通过仪器或设备，依靠人的感观进行观察与测量，以发现过程中存在的现象，经归纳总结得到过程进行中存在的规律，这就是实验研究。（实验的概念、测量方法与优缺点－权威说法）实验是一种科学研究的重要的方法，对人类认识自然与科学的发展发挥了巨大的作用，随着现代实验方法与测试手段的进步，实验研究依然在发挥着重大作用，只是测试方法与工具在不断发生着变化，研究的领域也在不断发生着变化，如长度的测量，以前只能用各种度量尺来测量，使用不方便，使用环境也收到极大的限制，

6、现在可以采用红外等进行远距离测量，也可在恶劣环境下进行测量，如高炉炉墙测厚。实验研究的最大特点是直观、可信（？），其最大缺点是测量的因果关系不明了，且得到测量的场一般是不可能的，经常是进行关键点的测量，而关键点的确定也是一个制约性环节，需要根据经验与不断地尝试来得到。37/37冶金过程数值模拟----2007春但实验研究是否是我们研究问题的唯一的方法？答案当然是否定的。如勾股定理诞生以前，对于直角三角形的斜边长度，要靠测量来获得，但有了勾股定理并且能进行开方计算的时候，这个斜边长度就完全没有必要测量了，采用勾股定理计算比测量更准确；又如追击问题，实验室实验、真实

7、实验测量、方程计算，现在说来，当然采用方程计算更好、更准确。这两个例子说明如果过程清晰，认识到位，做法严谨，算法准确，那么计算结果就是可靠的，没有必要进行实验，况且实验有时候也是会存在问题的，比如测量仪器的精度、模型的相似性问题等等，如“磁单极”问题，就是设备把人骗了。1.1.1理论研究理论研究是建立在定理、定义、规律基础上的，当然，这些定理、规律是通过此前的实验研究总结归纳并不断经实验验证的。在进行理论研究时要在定理、规律基础上增加许多假设，这是必须的，且理论研究最主要的贡献就在这儿，现在的理论研究一般把假设与哲学、与美学联系起来。杨振宁先生80寿辰来临前，9

8、0多岁高龄的数学大师陈省