Современные теплоэнергетические установки (котлоагрегаты, электролизеры, печи и др.) обладают сложными конструктивными взаимосвязями, в которых протекают разнообразные физические процессы. Сложность самих процессов создает нелинейные проблемы при управлении объектами, что в свою очередь затрудняет понимание обслуживающим персоналом поведения аппарата. Поэтому необходимо развивать системы исследования и моделирования металлургических объектов. Создание автоматизированных систем научных исследований, посвященных теплопереносу в печах, является актуальной задачей, так как для автоматизации и эксплуатации теплоэнергетических аппаратов важно поведение параметров и переменных объекта при подаче различных управляющих воздействий и при внесении конструктивных изменений. В настоящей работе представлена автоматизированная система научных исследований для моделирования теплопередачи конструктивными элементами и изучения динамического отклика переменных процесса в металлургических печах. Математическое обеспечение системы содержит как известные уравнения теплотехники, так и авторские модели конвективного нагрева, динамических процессов при изменении условий теплообмена, фазовых переходов. Программный комплекс позволяет проводить различные исследования, например такие, как автоматизированный подбор параметров и материалов футеровки металлургических аппаратов, исследование динамики теплообмена с фазовыми переходами и исследования переходных процессов при нагреве материалов в печи.
Modern heat power plants (boilers, electrolyzers, ovens, etc.) Have complex constructive interrelations, in which complex physical processes take place. The complexity of the processes themselves creates non-linear problems in the management of objects, which in turn creates difficulties in understanding the staffing behavior of the apparatus.Therefore, it is necessary to develop systems for research and modeling of metallurgical objects. The creation of automated systems of scientific research devoted to heat transfer in furnaces is an urgent task since for the automation and operation of heat power devices, it is important to study the parameters and variables of an object when various control actions are applied and when constructive changes are made. In this paper, we present an automated system of scientific research for the modeling of heat transfer by structural elements and the study of the dynamic response of process variables in metallurgical furnaces. The mathematical support of the system contains both known equations of heat engineering, as well as author’s models of convective heating, dynamic processes with changing heat exchange conditions, and phase transitions. The software complex allows carrying out various studies, for example, such as the automated selection of parameters and materials for the lining of metallurgical apparatuses, the study of the dynamics of heat transfer with phase transitions, and studies of transient processes during heating of materials in the furnace.
1. Ершова О.В. Компьютерные тренажерные комплексы для повышения эффективности управления процессами электротермического производства / О.В. Ершова // ControlSince. – 2010. – № 3. – С. 60–66.
2. Mann V.C., Piskazhova T.V. The use of a dynamic aluminum cell model // JOM, 2006. Vol. 58, № 2. P. 48–52.
3. Жеребцов А. Имитационное моделирование как инструмент оптимизации производственных процессов в металлургии / А. Жеребцов, А. Белопашко // Рациональное управление предприятием. – 2009. – № 6. – С. 29–31.
4. Лившиц А.В. Автоматизированная система научных исследований высокочастотной электротермии // Проблемы машиностроения и автоматизации. – М.: Изд-во НИАТ. – 2015. – № 4. – С. 54–60.
5. Портянкин А.А. Разработка программного комплекса для изучения теплообменных процессов / А.А. Портянкин, С.М. Тинькова, Т.В. Пискажова, В.М. Белолипецкий // науч. изд. Информатизация образования и методика электронного обучения. – Красноярск, 2016. – С. 438–443.
6. Портянкин А.А. Создание учебно-консультационной программы для расчета и визуализации параметров и переменных многослойной стенки: научное издание / А.А. Портянкин, С.М. Тинькова, Т.В. Пискажова // Решетневские чтения. – 2013. – Т. 2, № 17. – С. 249–251.
7. Marois M.A., Bertrand C., Desilets M., Coulombe M.M., Lacroix M. Comparison of two different numerical methods for predicting the formation of the side ledge in an aluminum electrolysis cell. Light Metals, 2009. P. 563–568.
8. Белолипецкий В.М. Математическое моделирование процесса электролитического получения алюминия для решения задач управления технологией / В.М. Белолипецкий, Т.В. Пискажова. – Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2013. – 271 с.
9. Белолипецкий В.М. Численная модель поведения гарнисажа в электролизере / В.М. Белолипецкий, Т.В. Пискажова, А.А. Портянкин // Вестник Иркутского государственного технического университета. – 2017. – Т. 20, № 8. – С. 151–166.
10. Белолипецкий В.М. Модели нагрева материалов в печах конвективного теплообмена для решения задач автоматизации / В.М. Белолипецкий, Т.В. Пискажова, А.А. Портянкин, Г.В. Зинченко // Автоматизация в промышленности. – 2017. – № 12. – С. 59–64.
11. Арутюнов В.А. Математическое моделирование тепловой работы промышленных печей: учебник для вузов / В.А. Арутюнов, В.В. Бухмиров, С.А. Крупенникова. – М.: Металлургия, 1990. – 239 с.