宽板坯连铸结晶器三维流场与温度场的数值模拟的开题报告.docx

宽板坯连铸结晶器三维流场与温度场的数值模拟的开题报告
一、选题背景和意义
宽板坯连铸技术目前已在钢铁工业的生产中广泛应用。连铸过程中，结晶器的性能直接影响铸坯的质量和表面质量。因此，研究宽板坯连铸结晶器内部的流场与温度场，对提高宽板坯连铸的生产效率和质量具有重要的意义。
目前，结晶器内部流场与温度场的研究主要依赖于实验方法，但实验成本高、周期长，而且实验过程存在难以控制的因素。因此，采用数值模拟方法，结合计算机技术，可以有效地研究结晶器内部流场与温度场。
二、研究内容和方法
本文主要研究宽板坯连铸结晶器内部的流场与温度场，依据宽板坯连铸结晶器的结构特点，建立三维流场模型和温度场模型。对结晶器内部的流动和传热过程进行模拟，得到流体运动状态和液相/固相相变过程的温度分布规律，并分析钢坯内部组织结构的变化。
本文计划采用计算流体力学（CFD）方法，结合有限元法（FEM）对宽板坯连铸结晶器内部的流场与温度场进行数值模拟。具体操作分为以下几个步骤：
1.根据实际情况建立宽板坯连铸结晶器模型，并确定模拟的范围和边界条件。
2.进行网格划分，将结晶器模型离散化，生成计算网格。
3.根据有限元法和控制方程建立数学模型，并进行求解。
4.根据计算结果分析流场和温度场内部的变化规律，展开数值仿真计算。
三、研究目标和预期成果
1.建立宽板坯连铸结晶器的三维流场和温度场数学模型。
2.对结晶器内部的流动和传热过程进行数值模拟，得到流体运动状态和液相/固相相变过程的温度分布规律，并分析钢坯内部组织结构的变化。
3.在数值模拟的基础上，对结晶器内部的结构参数和工艺参数进行优化和分析，提高铸坯的质量和表面质量。
预期成果：基于数值模拟技术对宽板坯连铸结晶器结构参数和工艺参数进行优化和分析，提高铸坯的品质和表面质量。
四、工作计划和进度安排
本研究计划分为以下四个阶段：
1.研究阶段一（前期准备阶段）、制定计划和开题报告、收集文献资料，2022年9月-11月完成。
2.研究阶段二（建立数学模型），构建模型、选择适当的模拟算法、建立计算模型、网格生成，2022年12月-2023年3月完成。
3.研究阶段三（数值模拟与数据分析），进行数值模拟并得出结论和预测、分析数据和解释结果，2023年4月-2023年9月完成。
4.研究阶段四（撰写论文、交流和答辩），完成成果总结、论文撰写、交流和答辩，2023年10月-2024年2月完成。
五、存在的问题和解决思路
1.网格划分和计算规模问题：宽板坯连铸结晶器结构复杂，网格划分和计算规模难以完全覆盖结晶器的结构，解决方法是采用自适应网格，确保计算的稳定性和准确性。
2.材料物性参数问题：材料物性参数对计算结果有着重要的影响，为了确保结果的准确性，需要进行物性参数的测试和验证。
3.单机计算能力问题：由于宽板坯连铸结晶器内部流场和温度场计算规模大，需要使用高性能的计算机进行计算，同时利用并行计算和流体-固体耦合算法提高计算效率。
以上为本文的开题报告，谢谢。