肖庆华
,
陈林根
,
谢志辉
,
冯辉君
,
孙丰瑞
工程热物理学报
结合[火积]耗散极值原理和构形理论，以基于[火积]耗散率的当量热阻最小化为目标，采用解析解法对Y形肋片进行了构形优化，分析了复合参数α（关于对流换热系数、肋片的包络面积及其热导率的简单函数）和肋片占比Ф1对Y形肋片优化的影响，并比较Y形和T形肋片的整体传热性能的优劣。结果表明，增大α和增大Ф1可降低肋片的无量纲当量热阻，改善其整体传热性能。总体积和肋片材料的体积都相同时，Y形肋片无量纲当量热阻要比T形肋片的无量纲当量热阻小很多。也就是说，Y形肋片优于T形肋片，更能提高系统的整体传热性能。
关键词:
构形理论
,
肋片
,
[火积]耗散率
,
当量热阻
,
广义热力学优化
冯辉君
,
陈林根
,
刘雄
,
孙丰瑞
钢铁研究
以薄板坯连铸连轧流程为研究对象,对薄板坯连铸凝固传热过程、辊底加热炉加热过程、热轧过程和层流冷却过程进行数值计算,得到4个过程薄板坯的温度场分布.结果表明:通过调节凝固传热过程二冷区水量分配比有助于层流冷却过程节水;适当增大拉坯速度有利于加热炉加热过程节能,且热轧过程和层流冷却过程带钢表面温度均得到提高;与层流冷却方式一相比,相同水量条件下冷却方式二使得终冷温度降低了2.9℃,这一冷却方式相同终冷温度要求下有利于节水.
关键词:
连铸连轧
,
薄板坯
,
流程分析
,
广义热力学优化
冯辉君
,
陈林根
,
谢志辉
,
孙丰瑞
工程热物理学报
基于构形理论,以质量积耗散率最小为优化目标,在构造体总体积和高渗透性材料一定的条件下,对基于环形高渗透性通道的圆柱形构造体进行传质构形优化,得到无量纲平均压差最小的圆柱体构造体最优构形.结果表明:存在最佳高渗透性通道尺寸比(D1/D0)opt和最佳圆柱形构造体径高比(H0/H1)oo使得圆柱形构造体的无量纲平均压差取得二次最小值.增加单元体数目n有助于提高圆柱形构造体的传质性能;当n＞5时,其传质性能提高幅度很小,此时增加单元体数目对其传质性能改善不明显.基于质量积耗散率最小所得到的圆柱形构造体最优构形能够降低构造体的平均传质压差,改善其整体传质性能.
关键词:
构形理论
,
质量积耗散率最小化
,
圆柱形构造体
,
传质构形优化
,
广义热力学优化
冯辉君
,
陈林根
,
丁泽民
,
孙丰瑞
连铸
基于Matlab数值计算,对板坯连铸凝固传热问题进行研究,得到随板坯厚度及其与结晶器弯月面距离变化的板坯温度场分布,通过拟合得到板坯凝固点末端位置与二冷总供水流量、过热温度和拉坯速度的关系式,分析二冷区水量分配比对结晶器和二冷区内单位长度板坯热损失率和板坯表面温度梯度的影响.结果表明:板坯温度随冷却阶段的不同其温度变化趋势显著不同;随着过热温度和拉坯速度的增大、二冷总供水流量的减小,板坯凝固点末端位置增大;拉坯速度对板坯凝固点末端位置的影响最为显著,其次是二冷总供水流量,过热温度对其影响较小.通过适当调整二冷区内水量分配比可实现降低板坯表面温度梯度和较少热损失率的折衷,从而在提高板坯质量的同时也提高其蓄能,以实现板坯连铸过程的节能.所得结果能对板坯连铸凝固过程的参数设计和动态运行提供依据和理论指导.
关键词:
Matlab
,
板坯连铸
,
凝固传热
,
广义构形优化
,
广义热力学优化
冯辉君
,
陈林根
,
丁泽民
,
孙丰瑞
钢铁
基于构形理论,以板坯热损失率、表面温度梯度、矫直点表面温度、表面极限温度和液芯长度组成的惩罚函数为优化目标,在二冷总供水流量一定的条件下对板坯连铸凝固传热过程进行优化,得到二冷区各区段最佳水量分配比,分析水量分配比、二冷总供水流量和拉坯速度对复合函数(板坯热损失率和表面温度梯度的线性加权函数)、热损失率目标、表面温度梯度目标和板坯表面温度的影响.结果表明:与初始水量分配比结果相比,水量分配比优化后的复合函数、热损失率目标和表面温度梯度目标分别降低35.04％,2.14％和59.48％;优化后的二冷区出口温度和空冷区末端温度分别提高6.79％和1.59％.最佳水量分配比方案在提高板坯蓄能的同时也提高了板坯的质量.
关键词:
板坯连铸
,
凝固传热
,
多目标
,
热损失率
,
广义构形优化
,
广义热力学优化
冯辉君
,
陈林根
,
谢志辉
,
孙丰瑞
工程热物理学报
基于构形理论,以(火积)耗散率最小为优化目标,在微、纳米尺度下对树状圆盘导热问题进行构形优化,得到整体导热性能最优的树状圆盘最优构形.结果表明:在微、纳米尺度下,尺寸效应影响下的树状圆盘构造体最优构形与无尺寸效应影响时的树状圆盘构造体最优构形有明显区别.存在高导热材料最佳单元体占比使得树状圆盘无量纲平均传热温差取得最小值.对于3种结构形式(nn、nb和bb)的树状圆盘,其无量纲临界半径分别为1.16、1.45和1.75.当树状圆盘半径大于临界半径时,圆盘高导热材料需采用树状布置,反之则采用辐射状布置.基于(火积)耗散率最小的树状圆盘导热构形优化能够降低圆盘构造体的平均传热温差,提高其整体传热性能.
关键词:
构形理论
,
(火积)耗散率最小化
,
树状圆盘
,
微、纳米尺度
,
广义热力学优化
冯辉君
,
陈林根
,
谢志辉
,
孙丰瑞
工程热物理学报
基于构形理论,以导热和对流换热总(火积)耗散率最小为优化目标,对T-Y形肋片进行构形优化,得到同时考虑导热和对流换热(火积)耗散性能的T-Y形肋片最优构形.结果表明:存在最佳单元级直肋和中部空腔高度和长度比使得T-Y形肋片无量纲当量热阻取得二次最小值.增大肋片高度和长度比和肋片占比有助于提高T-Y形肋片整体传热性能.T-Y形肋片与T形肋片相比,T-Y形肋片二次最小无量纲当量热阻降低32.33％,此时T-Y形肋片温度梯度场更均匀,整体传热性能得到明显提高.
关键词:
构形理论
,
(火积)耗散率最小
,
T-Y形肋片
,
对流换热
,
广义热力学优化
