Исследование влияния режимных и конструктивных факторов модели регулируемого конвективного теплообмена алюминиевых слитков при гомогенизации | Статья в журнале «Молодой ученый»

Авторы: ,

Рубрика: Спецвыпуск

Опубликовано в Молодой учёный №23 (103) декабрь-1 2015 г.

Дата публикации: 15.12.2015

Статья просмотрена: 37 раз

Библиографическое описание:

Горшенин А. С., Дворникова Е. А. Исследование влияния режимных и конструктивных факторов модели регулируемого конвективного теплообмена алюминиевых слитков при гомогенизации // Молодой ученый. — 2015. — №23.1. — С. 1-4. — URL https://moluch.ru/archive/103/23601/ (дата обращения: 17.12.2018).

 

Данная статья посвящена результатам исследования математической модели теплообмена между охлаждающим воздухом и алюминиевыми слитками с переменными факторами. На основании исследований модели теплообмена с постоянными режимными и конструктивными факторами авторами были сделан вывод, что постоянные режимные и конструктивные факторы не обеспечивают заданную скорость охлаждения и не позволяют оптимизировать процесс охлаждения. В данной статье исследуется теплообмен на слитке и определяется как изменяется общее время охлаждения при изменении скорости охлаждающего воздуха в течении времени и ширины канала .

Термическая обработка алюминиевых слитков имеет большое значения для снижения дендритной ликвации сплава, возникшей при его литье. Термическая обработка является одним из самых энергозатратных в тепловых технологиях. Задача снижения энергетических затрат является одной из приоритетных в современной энергетике. На величину энергетических затрат в процессе термической обработки оказывают влияние многие режимные и конструктивные факторы. Одним из видов термической обработки алюминия является гомогенизационный отжиг. Важным моментом после гомогенизации является скорость охлаждения слитка. Как известно, скорость охлаждения алюминиевых слитков после гомогенизации не должна превышать критическую. Одним из способов, позволяющим вести организованный процесс охлаждения слитков с заданной скоростью, является использование специальной камеры охлаждения.

Авторами рассматривались математические модели, описывающие теплообмен при охлаждении алюминиевых слитков воздухом в камере охлаждения. Обобщенная математическая модель для ряда, состоящего из нескольких алюминиевых слитков, имеет вид [1]

, (1)

где - температура воздуха после охлаждения слитка,  — температура алюминиевого слитка, - заданная скорость охлаждения слитков.

Данная модель позволяет провести исследование теплообмена при постоянных или переменных режимных и конструктивных факторах. Режимным фактором, влияющим на время охлаждения слитков, является только скорость охлаждающего воздуха. Конструктивными факторами являются диаметр слитка и ширина канала .

Для снижения энергетических затрат необходимо исследовать теплообмен между охлаждающим воздухом и слитками и оптимизировать конструктивные и режимные факторы.

Авторами было выполнено исследование теплообмена при постоянных факторах [2]. На его основании следует вывод, что постоянные режимные и конструктивные факторы не обеспечивают заданную скорость охлаждения и не позволяют оптимизировать процесс охлаждения, поэтому необходимо изучить процесс теплообмена при переменных факторах.

Проведем исследование с помощью математической модели (1) на слитке и выясним как изменяется общее время охлаждения при изменении скорости охлаждающего воздуха в течении времени и ширины канала . Исходными данными для расчета являются: начальные температуры охлаждения слитка и нагрева воздуха , ширина канала , количество слитков в ряду , длина слитка , время охлаждения .

Расчет ведем при изменяющихся конструктивных факторах: диаметре слитков и ширине канала . В процессе расчета задаем скорость охлаждающего воздуха и определяем изменение температуры охлаждающего воздуха при омывании первого слитка и температуры первого слитка в течении времени. Далее определяем скорость охлаждения первого слитка. Если скорость охлаждения превышает критическую, то уменьшаем скорость охлаждающего воздуха и повторяем расчет, в противном случае охлаждаем первый слиток до . Затем переходим на регулирование процесса охлаждения по второму слитку, третьему и так далее. Как только последний слиток в ряду достигнет температуру скорость охлаждающего воздуха увеличиваем до максимально возможность.

По результатам расчета построены графики, представленные на рис. 1–3. На рисунках 1–3 показаны графики, отражающие зависимость температуры слитков от времени охлаждения при различной ширине канале , и сравнительный график (рис.4) скорости охлаждающего воздуха от времени охлаждения для трех значений ширины канала .


Рис. 1. Зависимость температуры слитков от времени охлаждения, , (1,2,….,8 — номера слитков)

 

Рис. 2. Зависимость температуры слитков от времени охлаждения, , (1,2,….,8 — номера слитков)

 

Рис. 3. Зависимость температуры слитков от времени охлаждения, , (1,2,….,8 — номера слитков)

 

Рис. 4. Зависимости скорости охлаждающего воздуха от времени охлаждения для слитков , с различной шириной канала ()

 

Из рисунков 1–4 можно сделать следующие выводы:

  1. увеличение ширины канала ведет к более низкой конечной температуры слитков, что можно проследить на рис. 1–3. Это объясняется большим количеством охлаждающего воздуха, поступающего в канал. Также можно отметить, что при широком канале температура слитков в ряду почти одинакова (рис. 3).
  2. Время охлаждения слитков до не зависит от размера канала и составляет . Об этом свидетельствуют рис. 1, 2, 3.
  3. После определенного времени охлаждения температура слитков начинает очень слабо меняться во времени. Это можно объяснить тем, что в течении времени перепад температуры между слитками и воздухом становится все меньше.
  4. Скорость охлаждающего воздуха в течении времени, необходимого для охлаждения слитков до , очень мала и составляет примерно , о чем свидетельствует рис. 4. Расход охлаждающего воздуха при этом составит .

Проведенное исследование позволяет произвести оптимизацию конструктивных параметров, главным из которых является ширина канала . Комплексная оптимизация имеет цель получения наивыгоднейших режимных и конструктивных факторов и определения оптимального времени охлаждения слитков.

 

Литература:

 

  1. Горшенин, А. С. Совершенствование процесса охлаждения алюминиевых слитков воздухом на основе моделирования регулируемого конвективного теплообмена: дис. … канд. тех. наук: 05.14.04. — С., 2013. — 151 с.
  2. Горшенин А. С., Щелоков А. И. Исследование теплообмена при охлаждении алюминиевых слитков с постоянными режимными и конструктивными факторами для повышения энергоэффективности // Промышленная энергетика. 2012. № 10. С. 23–26.
Основные термины (генерируются автоматически): охлаждающий воздух, время охлаждения, ширина канала, течение времени, зависимость температуры слитков, слиток, номер слитков, термическая обработка, общее время охлаждения, время охлаждения слитков.


Похожие статьи

Идентификация критериального уравнения теплоотдачи...

При проведении эксперимента определялись зависимость температуры слитков в течение времени охлаждения, скорости охлаждающего воздуха. Температура слитков замерялась термопарами градуировки ХА, зачеканенными в слитки.

Анализ процесса литья алюминия в кристаллизаторе с подвижным...

Дальнейшая кристаллизация слитка происходит при охлаждении его поверхности водой.

Применяются такие кристаллизаторы для литья слитков из сплавов, склонных к трещинообразованию при быстром охлаждении водой.

Технология изготовления корпуса парогенерирующего агрегата

Во время ковки слитка места с наибольшим дефектом удаляют.

Операции термической обработки, в зависимости от назначения, объединяют группой первичной, основной и дополнительной термообработки.

Энерго- и ресурсосберегающая технология дробления...

Из уравнения определим время нагревания охлажденной части

При резком охлаждении разлитого слитка прочность высокоуглеродистого феррохрома повышается, что способствует при незначительном

Рис. 1. Схема поверхностной термической обработки массива слитка.

Применение высокотемпературной сверхпроводимости...

Электромагнитное перемешивание при отливке слитков позволяет добиться хорошей однородности свойств по всему объему слитка и сократить число дефектов.

Время охлаждения магнитной системы с комнатной температуры по 8 К составило около 60 часов.

Анализ эффективности охлаждения непрерывнолитых заготовок...

В настоящее время на МНЛЗ №1 существует четыре зоны вторичного охлаждения с заданными расходами воды.

Форсунки расположены строго перпендикулярно к граням, вода подается по центру слитка.

Автоматизация технологического процесса термообработки...

роликовая печь, закалочная ванна, Зона нагрева, рабочая зона печи, ускоренное охлаждение, процесс термообработки труб, основной показатель эффективности, зона выдержки, термическая обработка труб, воздух горения.

Исследование возможности расширения марочного сортамента...

В дальнейшем выплавленные слитки подвергали высокотемпературной деформации, которая заключалась в ковке металла с последующим охлаждением на воздухе.

В то же время параллельно с операциями химического анализа проводилось изучение микроструктуры стали.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Идентификация критериального уравнения теплоотдачи...

При проведении эксперимента определялись зависимость температуры слитков в течение времени охлаждения, скорости охлаждающего воздуха. Температура слитков замерялась термопарами градуировки ХА, зачеканенными в слитки.

Анализ процесса литья алюминия в кристаллизаторе с подвижным...

Дальнейшая кристаллизация слитка происходит при охлаждении его поверхности водой.

Применяются такие кристаллизаторы для литья слитков из сплавов, склонных к трещинообразованию при быстром охлаждении водой.

Технология изготовления корпуса парогенерирующего агрегата

Во время ковки слитка места с наибольшим дефектом удаляют.

Операции термической обработки, в зависимости от назначения, объединяют группой первичной, основной и дополнительной термообработки.

Энерго- и ресурсосберегающая технология дробления...

Из уравнения определим время нагревания охлажденной части

При резком охлаждении разлитого слитка прочность высокоуглеродистого феррохрома повышается, что способствует при незначительном

Рис. 1. Схема поверхностной термической обработки массива слитка.

Применение высокотемпературной сверхпроводимости...

Электромагнитное перемешивание при отливке слитков позволяет добиться хорошей однородности свойств по всему объему слитка и сократить число дефектов.

Время охлаждения магнитной системы с комнатной температуры по 8 К составило около 60 часов.

Анализ эффективности охлаждения непрерывнолитых заготовок...

В настоящее время на МНЛЗ №1 существует четыре зоны вторичного охлаждения с заданными расходами воды.

Форсунки расположены строго перпендикулярно к граням, вода подается по центру слитка.

Автоматизация технологического процесса термообработки...

роликовая печь, закалочная ванна, Зона нагрева, рабочая зона печи, ускоренное охлаждение, процесс термообработки труб, основной показатель эффективности, зона выдержки, термическая обработка труб, воздух горения.

Исследование возможности расширения марочного сортамента...

В дальнейшем выплавленные слитки подвергали высокотемпературной деформации, которая заключалась в ковке металла с последующим охлаждением на воздухе.

В то же время параллельно с операциями химического анализа проводилось изучение микроструктуры стали.

Задать вопрос