連鑄板坯-結(jié)晶器傳熱并行計算及其可視化.pdf

1、結(jié)晶器是連鑄機的核心部件，完成將鋼液初步凝固成型的任務(wù)。實際生產(chǎn)中，結(jié)晶器銅板與鑄坯間的傳熱狀況對于鑄坯的表面質(zhì)量具有重要的影響，實時、準(zhǔn)確地了解結(jié)晶器傳熱與鑄坯凝固特性，對于漏鋼預(yù)報和鑄坯表面質(zhì)量的在線預(yù)測均具有重要意義。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，不能為在線檢測提供結(jié)晶器溫度、熱流和坯殼分布等重要信息，尚未實現(xiàn)真

2、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)測與傳熱模擬結(jié)合的數(shù)學(xué)模型，以及數(shù)值模擬“精確性”與在線監(jiān)測“實時性”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。針對上述問題，本文以板坯連鑄結(jié)晶器為研究對象，重點對基于實測數(shù)據(jù)的結(jié)晶器傳熱實時計算及其可視化方法進行研究。 基于實測的板坯連鑄結(jié)晶器溫度數(shù)據(jù)，建立了針對實測的結(jié)晶器傳熱與鑄坯凝固反問題計算模型。通過迭代降低結(jié)晶器溫度計算值與熱電偶實測值之差

3、，確定測點處的局部熱流及其分布，減小了以熱流經(jīng)驗公式作為邊界條件進行傳熱計算時所帶來的誤差，獲得了能夠反映實際工況的結(jié)晶器傳熱與鑄坯的凝固信息。但反問題模擬導(dǎo)致計算時間大幅增加，難以滿足實時監(jiān)控的要求。 采用普通微型計算機和交換機搭建了分布式并行計算機集群，運用MPI和VisualC++6.0構(gòu)建并行編程平臺，根據(jù)連鑄板坯/結(jié)晶器傳熱特點，對原有的數(shù)值計算串行算法進行并行化處理，得到了板坯/結(jié)晶器傳熱數(shù)值模擬的并行計算程序，并在

4、自行構(gòu)建的集群上對其進行了測試。測試結(jié)果表明，在網(wǎng)格剖分單元300×10的劃分方式下，4個節(jié)點的計算能夠有效減少計算時間至3.9s，加速比和并行效率分別達到3.47和86.75％，為結(jié)晶器傳熱在線模擬的實現(xiàn)提供了可行途徑。 借助OpenGL技術(shù)和Visual C++6.0開發(fā)環(huán)境，依據(jù)物理量與顏色值的線性對應(yīng)關(guān)系，設(shè)計了六面逐步繪制、連接形成三維圖形的“降維法”繪制方式，開發(fā)出結(jié)晶器傳熱和鑄坯凝固可視化軟件，實現(xiàn)了結(jié)晶器溫度、熱