連鑄板坯結(jié)晶器傳熱并行計(jì)算及其可視化

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1、大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要結(jié)晶器是連鑄機(jī)的核心部件，完成將鋼液初步凝固成型的任務(wù)。實(shí)際生產(chǎn)中，結(jié)晶器銅板與鑄坯間的傳熱狀況對(duì)于鑄坯的表面質(zhì)量具有重要的影響，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地了解結(jié)晶器傳熱與鑄坯凝固特性，對(duì)于漏鋼預(yù)報(bào)和鑄坯表面質(zhì)量的在線預(yù)測(cè)均具有重要意義。盡管目前投入應(yīng)用的“結(jié)晶器專家系統(tǒng)”提供了初步的“可視化”功能，但就目前的“熱成像"技術(shù)而言，多是采用較為簡(jiǎn)單的插值算法，僅能生成結(jié)晶器銅板溫度云圖，不能為在線檢測(cè)提供結(jié)晶器溫度、熱流和坯殼分布等重要信息，尚未實(shí)現(xiàn)真正意義上的結(jié)晶器“可視化"。在這其中，由于缺乏合適的將在線監(jiān)測(cè)與傳熱模擬結(jié)合的數(shù)學(xué)模型，以及數(shù)值模擬“精

2、確性"與在線監(jiān)測(cè)“實(shí)時(shí)性"要求間的矛盾，成為結(jié)晶器可視化、智能化技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用的掣肘。針對(duì)上述問題，本文以板坯連鑄結(jié)晶器為研究對(duì)象，重點(diǎn)對(duì)基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的結(jié)晶器傳熱實(shí)時(shí)計(jì)算及其可視化方法進(jìn)行研究?；趯?shí)測(cè)的板坯連鑄結(jié)晶器溫度數(shù)據(jù)，建立了針對(duì)實(shí)測(cè)的結(jié)晶器傳熱與鑄坯凝固反問題計(jì)算模型。通過迭代降低結(jié)晶器溫度計(jì)算值與熱電偶實(shí)測(cè)值之差，確定測(cè)點(diǎn)處的局部熱流及其分布，減小了以熱流經(jīng)驗(yàn)公式作為邊界條件進(jìn)行傳熱計(jì)算時(shí)所帶來的誤差，獲得了能夠反映實(shí)際工況的結(jié)晶器傳熱與鑄坯的凝固信息。但反問題模擬導(dǎo)致計(jì)算時(shí)間大幅增加，難以滿足實(shí)時(shí)監(jiān)控的要求。采用普通微型計(jì)算機(jī)和交換機(jī)搭建了分布式并行計(jì)

3、算機(jī)集群，運(yùn)用MPI和VisualC++6．O構(gòu)建并行編程平臺(tái)，根據(jù)連鑄板坯／結(jié)晶器傳熱特點(diǎn)，對(duì)原有的數(shù)值計(jì)算串行算法進(jìn)行并行化處理，得到了板坯／結(jié)晶器傳熱數(shù)值模擬的并行計(jì)算程序，并在自行構(gòu)建的集群上對(duì)其進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，在網(wǎng)格剖分單元300X10的劃分方式下，4個(gè)節(jié)點(diǎn)的計(jì)算能夠有效減少計(jì)算時(shí)間至3．9s，加速比和并行效率分別達(dá)到3．47和86．75％，為結(jié)晶器傳熱在線模擬的實(shí)現(xiàn)提供了可行途徑。借助OpenGL技術(shù)和VisualC++6．O開發(fā)環(huán)境，依據(jù)物理量與顏色值的線性對(duì)應(yīng)關(guān)系，設(shè)計(jì)了六面逐步繪制、連接形成三維圖形的“降維法"繪制方式，開發(fā)出結(jié)晶器傳熱和

4、鑄坯凝固可視化軟件，實(shí)現(xiàn)了結(jié)晶器溫度、熱流、坯殼厚度等各種物理場(chǎng)的2一D及3．D可視化。為探知高溫惡劣工況條件下的結(jié)晶器“黑匣"、在線把握和調(diào)控連鑄生產(chǎn)提供了有效手段。關(guān)鍵字：連鑄結(jié)晶器；板坯；傳熱反問題；并行計(jì)算；可視化連鑄板坯／結(jié)晶器傳熱并行計(jì)算及其可視化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