力的作用下,钢液顺时针旋转,速度从边沿向中心逐渐下降。最大速度达到,有明显搅拌现象。图为绘制了频率范围到,内,熔液流速兹力的作用下被搅拌发生运动,钢液相当于运动导体,运动导体切割磁力线会在钢液内产生电流,此时,钢液中的电流组成可如下式所示。基于的电磁搅拌器的多物理场耦合有限元建模研究原稿。图钢液截面转速云图图为频率时,钢液水平截面的转速分布云图。图右侧为颜色彩条并标有刻度,颜色冷暖代表速度大小,左侧界面中包括黑色箭头组,箭头方积力节点。如图所示图模型体积力设置最后,在瞬态研究步骤中加入参数化扫描,得到若干个频率下的瞬态研究结果。采用分离步求解器,减小阻尼因子提高收敛性。基于的电磁搅拌器的多物理场耦合有限元建模研究原稿。通过洛伦兹力公式计算电磁场产生的电磁力大小,即流场的数学模型由于钢液在搅拌过程中黏性系数很小且密度很大,其雷诺数很大,属于的多物理场耦合有限元建模研究原稿。通过洛伦兹力公式计算电磁场产生的电磁力大小,即流场的数学模型由于钢液在搅拌过程中黏性系数很小且密度很大,其雷诺数很大,属于湍流流动范畴。在流体维建模时,其控制方程由流体连续性方程方程动量方程和湍流传输方程组成。根据前面假设条件,钢液为不可压缩液体,对流体控制方程进行简化。基于的电磁搅拌器的多物理场耦合有限元建模研究原稿,作者简介公伟凯,男,硕士研究生,研究方向冶金工业出版社,任子平,姜茂发大方坯结晶器内流场及自由液面的数值模拟,炼钢,李茂旺,张国锋,安航航断面小方坯结晶器电磁搅拌磁场与流场耦合的数值模拟研究工业加热着频率的增加,钢液转速呈现上升趋势,并在处达到峰值,与电磁力的变化规律是相同的。参考文献毛斌,张桂芳,李爱武连续铸钢用电磁搅拌的理论与技术第版北京冶金工业出版社,任子平,姜茂发大方坯结晶器内流场及自由液面的数值模拟,炼钢,李茂旺,张国锋,安航航断面小方坯结晶器电磁搅拌磁场与流场耦合的数值模拟研究工业加热,通过少,磁通从相邻磁极溜走的情况所以在设计电磁搅拌器时,磁极径向宽度需要合理设计。图为不同频率下中心截面径向速度分布,通过观察可知,在频率范围内,随着频率升高,熔液表面区域速度明显上升,越靠近中心点,增大幅度越小。图熔液流速径向变化结论本文以结晶器电磁搅拌器为研究对象,分析了电磁搅拌器电磁场和流场的数学模型,建立了多,图钢液截面转速云图图为频率时,钢液水平截面的转速分布云图。图右侧为颜色彩条并标有刻度,颜色冷暖代表速度大小,左侧界面中包括黑色箭头组,箭头方向代表钢液流动方向,箭头大小与转速成正比。由图可得,在电磁力的作用下,钢液顺时针旋转,速度从边沿向中心逐渐下降。最大速度达到,有明显搅拌现象。图为绘制了频率范围到,内,熔液流速程,以建立多物理场耦合模型,并给出详细建模参数和步骤,最后,分析观察模型电磁场和流体转速的仿真结果,得到电磁搅拌器钢液转速与电磁场的关系。图钢液洛伦兹力轴分量变化图图为不同电流频率时钢液整体内轴方向最大洛伦兹力的变化图。从图可以看到,整个过程中,洛伦兹力随频率的变化规律是先增大后减小。在频率达到时,出现个峰值频率从到变化规律是先增大后减小。在频率达到时,出现个峰值频率从到变化时,对应的体积电磁力变化特别明显,熔液最大洛伦兹力由,这是因为频率较低时,熔液内部产生的感应电流比较小,当频率在这个范围内升高时,感应电流随之增大当超过之后,洛伦兹力呈下降趋势,这是因为在频域上,由于集肤效应的存在,使熔液内部磁通密度减小,但感应电流增大电力电子与电力传动连续性方程方程上述所方程组合在起,形成个能描述整个流动状态且封闭的方程组。多物理场耦合模型电磁搅拌过程中,外加磁场以定速度旋转,钢液在洛伦兹力的作用下被搅拌发生运动,钢液相当于运动导体,运动导体切割磁力线会在钢液内产生电流,此时,钢液中的电流组成可如下式所示。基于的电磁搅拌器定的,电磁搅拌力在磁场和感应电流的相互作用下产生。在不同频率下,钢液横截面流速的瞬时变化规律是相似的,均在时达到稳定状态,即转子和定子电流频率达到恒定转速差。在频率在范围内,随着频率的增加,钢液转速呈现上升趋势,并在处达到峰值,与电磁力的变化规律是相同的。参考文献毛斌,张桂芳,李爱武连续铸钢用电磁搅拌的理论与技术第版北基于的电磁搅拌器的多物理场耦合有限元建模研究原稿变化时,对应的体积电磁力变化特别明显,熔液最大洛伦兹力由,这是因为频率较低时,熔液内部产生的感应电流比较小,当频率在这个范围内升高时,感应电流随之增大当超过之后,洛伦兹力呈下降趋势,这是因为在频域上,由于集肤效应的存在,使熔液内部磁通密度减小,但感应电流增大的速度远不如磁通密度减小的速度,根据公式,洛伦兹力会随着频率升高而降,自编程将磁力线线性插值到中实现耦合。文献介绍了电磁搅拌器的建模过程,但并没有涉及与流场的耦合。文献借助软件对电磁搅拌器进行了仿真实验,但并未明确给出耦合方式和建模步骤。本文以结晶器电磁搅拌器为研究对象,借助有限元仿真软件对其进行维仿真,采用矢量分解方法分析推导耦合。单看频率,波形会出现频率相同的波动,是因为仿真模型磁极径向宽度过窄,磁通密度在圆周分布不均造成的,但由于电磁搅拌器坩埚和磁极之间存在较大间隙等原因,过宽的磁极会造成穿过合金熔液的磁通过少,磁通从相邻磁极溜走的情况所以在设计电磁搅拌器时,磁极径向宽度需要合理设计。图为不同频率下中心截面径向速度分布,通过观察可知,在频率范围内,速度远不如磁通密度减小的速度,根据公式,洛伦兹力会随着频率升高而降低。电磁搅拌有限元建模是个多物理场强双向耦合问题,模型收敛困难,通常会将模型解耦。文献采用软件对大方坯结晶器内钢水流动过程进行理论计算和分析,评估浸入式水口结构对结晶器内流场自由液面波动的影响,但未涉及电磁搅拌。文献同样借助软件计算出电磁场分布,再利用作者简介公伟凯,男,硕士研究生,研究方向为电力电子与电力传动图钢液洛伦兹力轴分量变化图图为不同电流频率时钢液整体内轴方向最大洛伦兹力的变化图。从图可以看到,整个过程中,洛伦兹力随频率的冶金工业出版社,任子平,姜茂发大方坯结晶器内流场及自由液面的数值模拟,炼钢,李茂旺,张国锋,安航航断面小方坯结晶器电磁搅拌磁场与流场耦合的数值模拟研究工业加热速的瞬态变化图。图熔液流速瞬态变化从图中可知,流速在时间时达到稳态,说明施加的洛伦兹力与熔液流速产生的电磁制动力达到平衡,即异步电机达到稳定转速状态。单看频率,波形会出现频率相同的波动,是因为仿真模型磁极径向宽度过窄,磁通密度在圆周分布不均造成的,但由于电磁搅拌器坩埚和磁极之间存在较大间隙等原因,过宽的磁极会造成穿过合金熔液的磁着频率升高,熔液表面区域速度明显上升,越靠近中心点,增大幅度越小。图熔液流速径向变化结论本文以结晶器电磁搅拌器为研究对象,分析了电磁搅拌器电磁场和流场的数学模型,建立了多物理场有限元耦合仿真模型,并通过仿真分析和讨论,得到在计算范围内,随着频率的增加,电磁力呈现先增大再减小的变化趋势,这是由于集肤效应和感应电流密度共同决基于的电磁搅拌器的多物理场耦合有限元建模研究原稿,代表钢液流动方向,箭头大小与转速成正比。由图可得,在电磁力的作用下,钢液顺时针旋转,速度从边沿向中心逐渐下降。最大速度达到,有明显搅拌现象。图为绘制了频率范围到,内,熔液流速的瞬态变化图。图熔液流速瞬态变化从图中可知,流速在时间时达到稳态,说明施加的洛伦兹力与熔液流速产生的电磁制动力达到平衡,即异步电机达到稳定转速状态冶金工业出版社,任子平,姜茂发大方坯结晶器内流场及自由液面的数值模拟,炼钢,李茂旺,张国锋,安航航断面小方坯结晶器电磁搅拌磁场与流场耦合的数值模拟研究工业加热流流动范畴。在流体维建模时,其控制方程由流体连续性方程方程动量方程和湍流传输方程组成。根据前面假设条件,钢液为不可压缩液体,对流体控制方程进行简化。连续性方程方程上述所方程组合在起,形成个能描述整个流动状态且封闭的方程组。多物理场耦合模型电磁搅拌过程中,外加磁场以定速度旋转,钢液在洛伦后,物理场接口配置时,定义个线圈接口,均为均匀多匝的数值类型线圈,同相输入相同电流,根据电磁搅拌器相电流方向设置输入节点。流体物理场接口选择湍流,模型,对结晶器壁设置无滑移条件添加自由表面节点,达到模拟液面波动的效果。湍流,ε模型的参数设置如下表湍流,ε模型的参数为实现电磁场和湍流场的耦合,要在湍流场下添加体电力电子与电力传动连续性方程方程上述所方程组合在起,形成个能描述整个流动状态且封闭的方程组。多物理场耦合模型电磁搅拌过程中,外加磁场以定速度旋转,钢液在洛伦兹力的作用下被搅拌发生运动,钢液相当于运动导体,运动导体切割磁力线会在钢液内产生电流,此时,钢液中的电流组成可如下式所示。基于的电磁搅拌器,理场有限元耦合仿真模型,并通过仿真分析和讨论,得到在计算范围内,随着频率的增加,电磁力呈现先增大再减小的变化趋势,这是由于集肤效应和感应电流密度共同决定的,电磁搅拌力在磁场和感应电流的相互作用下产生。在不同频率下,钢液横截面流速的瞬时变化规律是相似的,均在时达到稳定状态,即转子和定子电流频率达到恒定转速差。在频率在范围内,随积力节点。如图所示图模型体积力设置最后,在瞬态研究步骤中加入参数化扫描,得到若干个频率下的瞬态研究结果。采用分离步求解器,减小阻尼因子提高收敛性。基于的电磁搅拌器的多物理场耦合有限元建模研究原稿。通过洛伦兹力公式计算电磁场产生的电磁力大小,即流场的数学模型由于钢液在搅拌过程中黏性系数很小且密度很大,其雷诺数很大,属于速的瞬态变化图。图熔液流速瞬态变化从图中可知,流速在时间时达到稳态,说明施加的洛伦兹力与熔液流速产生的电磁制动力达到平衡,即异步电机达到稳定转速状态。单看频率,