双辊铸轧铝带坯温度场的ANSYS仿真研究

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本文使用大型有限元软件ANSYS对双辊铸轧铝带坯液固相轧制温度场进行了仿真研究。液固流变成形界面的传热能力是系统传热性能的最重要环节,基于傅立叶导热定律、微元体传热方法和界面接触传热机理,建立了双辊铸轧铝系统的传热模型。在考虑双辊铸轧铝过程实际情况的基础上,确定了双辊铸轧铝过程中熔池内铝液流动为紊流流动,并选用FLOTRAN流体模块及其特有的MSU/SUPG流线解法建立了温度场与速度场的耦合关系。采用ANSYS内部的APDL和UIDL开发语言,开发了具有双辊铸轧特点的数值计算及操作界面程序。描述了轧辊和铝带坯温度场分布,揭示铸轧过程传热的基本规律。在此基础上,重点研究了铸轧速度、轧辊材质的比热及导热系数、轧辊辊套厚度、内冷强度对铝带坯出口温度、凝固前沿位置x及轧辊辊面温度的影响,进一步揭示各参数对铸轧系统温度场的变化规律。 本文的创新点在于:考虑并计算了熔池中紊流流动产生的旋涡给熔池温度场及速度场带来的影响;每次计算时移动固液相线的判断,更符合真实铸轧情况;利用离散化的思路,有效得保证了双辊铸轧铝界面传热的高温度梯度特点;将整个系统分成铝和轧辊两部分,采用文件的写入与读取方式循环计算,实现了铝液与轧辊温度场的相互影响。
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