連鑄板坯-結晶器傳熱并行計算及其可視化.pdf

1、結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。實際生產中，結晶器銅板與鑄坯間的傳熱狀況對于鑄坯的表面質量具有重要的影響，實時、準確地了解結晶器傳熱與鑄坯凝固特性，對于漏鋼預報和鑄坯表面質量的在線預測均具有重要意義。盡管目前投入應用的“結晶器專家系統(tǒng)”提供了初步的“可視化”功能，但就目前的“熱成像”技術而言，多是采用較為簡單的插值算法，僅能生成結晶器銅板溫度云圖，不能為在線檢測提供結晶器溫度、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)測與傳熱模擬結合的數(shù)學模型，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，成為結晶器可視化、智能化技術開發(fā)和應用的掣肘。針對上述問題，本文以板坯連鑄結晶器為研究對象，重點對基于實測數(shù)據(jù)的結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晶器溫度數(shù)據(jù)，建立了針對實測的結晶器傳熱與鑄坯凝固反問題計算模型。通過迭代降低結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晶器傳熱與鑄坯的凝固信息。但反問題模擬導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構建并行編程平臺，根據(jù)連鑄板坯/結晶器傳熱特點，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/結晶器傳熱數(shù)值模擬的并行計算程序，并在

4、自行構建的集群上對其進行了測試。測試結果表明，在網格剖分單元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％，為結晶器傳熱在線模擬的實現(xiàn)提供了可行途徑。 借助OpenGL技術和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關系，設計了六面逐步繪制、連接形成三維圖形的“降維法”繪制方式，開發(fā)出結晶器傳熱和鑄坯凝固可視化軟件，實現(xiàn)了結晶器溫度、熱