毕业设计手册

山东理工大学

毕业设计（论文）手册

学院 材料科学与工程学院 系 材料系

专业 材料科学与工程 班级 材本0904

学生姓名 李裟裟 学号 0912111152

指导教师 宫本奎 职称 教授

山东理工大学教务处编印 二〇一三 年 三 月

毕业设计（论文）自二〇一三年三月至二〇一三年七月 共十七周

毕 业 论 文 任 务 书（理工）

学院 专业 指导教师 课题名称 起止日期 一、课题来源 联系生产实际 材料科学与工程 材料科学与工程 宫本奎 职 称 铜风口的换热分析 班级 学生姓名 材本0904 学号 李裟裟 0912111152 教授 自2013 年 3 月 1日起至2013 年6月30 日 二、课题目的要求 高炉风口是高炉的关键部件，是热交换极为强烈的冷却元件，也是易损部件，其使用寿命和节能效果影响炼铁成本和铁水产量。风口的工作条件非常苛刻，要承受高温热风1000℃~1250 ℃的高速冲刷，1500℃左右的矿渣以及高速循环运动的热炽物料的撞击，风口外表面要承受来自回旋曲2000℃左右的高温辐射及1000℃以上的气流、矿渣的对流换热。现采用数值模拟计算对风口进行换热分析，得出风口的速度分布图、压力分布、温度场分布及风口不同构造的影响，为改善风口的结构，提高风口寿命提供数值依据。 三、主要研究内容 以炼铁高炉风口为研究对象，首先对风口前端的热传导进行理论计算，再利用CFD前处理软件建模生成计算网格，运用数值模拟分析软件对风口前端进行流固耦合数值模拟分析，研究水工艺参数、风口结构对换热过程影响。 四、研究方法及主要论点、论据（或研究目标） 风口的建模采用软件GAMBIT，GAMBIT是当今最为流行计算流体力学的CFD 软件之一。CFD软件一般包括前处理、求解器、后处理三部分组成。前处理软件用于建立几何结构和网格生成。求解器即确定CFD方法的控制方程、选择离散方法进行离散。选用数值计算方法和输入相关参数。后处理即生成速度场、温度场、压力场及其他参数。 GAMBIT软件是面向CFD的专业前处理器软件，它包含全面的几何建模能力,既可以在GAMBIT内直接建立点、线、面、体几何，也可以从主流的CAD/CAE系统中导入几何和网格，GAMBIT强大的布尔运算能力为建立复杂的几何模型提供的极大的方便。 GAMBIT还具有灵活方便的几何修正功能，当从接口中导入几何时会自动的合并重合的点、线、面。 GAMBIT还是功能强大的网格划分工具，可以划分出包含边界层等CFD特殊要求的高质量的网格。GAMBIT中专有的网格划分算法可以保证在较为复杂的几何区域可以直接划分出高质量的六面体网格。 使用Fluent自带的前处理软件Gambit建模，生成计算网络，然后将风口的数值模拟分析模型导入Fluent，确定边界条件、计算控制参数，进行换热分析，最后得到风口的温度分布、速度分布、压力分布，改善风口。 五、分阶段指导性进度计划 第1~3周：查阅资料，撰写开题报告 了解课题目的、意义、研究内容几本课题的研究现状、存在问题，确定实验方案，写出开题报告。开题报告包括如下内容：课题的研究内容、意义、目标，当前国内外研究的现状、存在问题，此次研究所解决的问题、采用的方法、实验方案，实验所需仪器设备、仪器以及其他特殊要求。 第4周：开题，实验条件准备 第5~7周：查找数据，实地观察。 第8~13周：应用Fluent软件计算，辅助与实验 第14~15周：论文编写阶段。 按照学校有关毕业论文的要求（包括字数、文字、图表的格式)撰写论文。 第16周：论文评阅阶段 根据指导教师的意见修改或补充论文，并将论文打印装订交给指导老师。同时，准备7~10分钟的答辩提纲（以Power Point演示文稿的形式）。16周周五进行小组预答辩。 第17周：毕业答辩。 六、主要参考文献资料 [1] 攀勇保，李玲，李晓桥，石奇峰，杨东升.高炉风口寿命影响因素的分析及一些新建 议.中国重型装备，2009.(2):13~16 [2] 吕晓江，任廷志，黄文.全偏心型贯流式高炉风口内冷却水流场的三维数值模拟.重型 机械，2007.(4):44~47 [3] 符寒光.提高高炉风口使用寿命研究的进展.中国冶金，1998.25~28 [4] 刘云彩.中国古代冶金史话.天津:天津教育出版社，1991.(6):34~38 [5] 史岩彬，陈举华，张丽丽.基于CFD的高炉仿真研究.系统仿真报，2006.554~593 [6] 曹亮.高炉风口温度场和应力场的数值模拟.材料加工工程，2007.12~15 [7] 刘瑛.高炉风口水冷内腔的改进设计及应用.安徽冶金科技职业学院学报，2005.17~ 18 [8] 陈亮，谢田华.从相关风口专利看高炉风口技术的发展[J]，上海金属，2001.23(2):6~9 [9] 任廷志，吕晓江，吴玉娟，黄文，于成忠.高炉全偏心型贯流式风口结构对其寿命的 影响.燕山大学学报，2008.95~98 [10] 侯向东.提高风口使用寿命的探讨.科技情报开发与经济，2001.11(6):139~140 [11] 杨大正，徐大勇，邓伟，张宇，刘常鹏，陈妍.高炉风口节能新技术的研究.冶金能 源，2007.14~24 [12] 张玉平, 张津徐.高炉风口材质及其表面强化处理.铸造设备研究，2002. (4):42~45 [13] 丁玉龙, 杨天钧, 刘淇.高炉风口破损数据分析及损坏机理的研究.炼铁， 1994.11(6):139~140 [14] 刘兆宏.宝钢高炉风口使用情况分析.炼铁，1997.(2):19~21 [15] 王福军.计算流体动力学分析.北京：清华大学出版社，2004.(1)1~95 [16] 哈桑.我国大中型高炉冶炼用长寿风口的研究.云南冶金, 1992. (1):38-45 [17] Chen L.,Xie T.H.Technical development of BF tuyeres described by the Patents, 2001.23(2):11~15 [18] 王春明等.高炉风口熔损分析[J]，炼铁，1993.12(2):25~25 [19] 刘青.高炉风口破损机理及寿命探讨.钢铁研究，1998.12(6):11~15 [20] 陆煜, 程林.传热原理与分析.北京:科学出版社，1997:1~3 [21] 张凤起.我国高炉风口破损状况的调查及改进意见.炼铁，1993. (1):38~40 指导教师（签字） 20 年 月 日 系主任（签字） 20 年 月 日 注：本表由指导教师填写，经系主任审核后下发学生。

毕业论文开题报告（理工类） 设计题目 学生姓名 李裟裟 学号 铜风口的换热分析 0912111152 专业 材料科学与工程 一、课题的目的意义 风口的使用寿命直接影响着高炉的休风频率，关系到高炉生产的经济效益。风口前端的传热包括导热、辐射换热、对流换热等多种换热形式，该过程的计算非常复杂，只能简化或忽略某些过程进行粗略的计算。本文在简化计算的基础上又进行了三维数值模拟，通过模拟温度场找到风口前端最佳壁厚，为高炉风口的设计和改进提供了新的手段和理论依据。 二、近几年来研究现状 物理模拟作为通风口较早的研究手段，众多科技工作者已经得出通风口的换热与鼓风速度、鼓风压力、料层属性以及几何尺寸之间的理论关系。然而，大多数是基于二维模型的理论关系，并且几何模型、料层属性与实际高炉尺寸、焦炭颗粒之间的最大相似程度未得到考虑和满足，难以在实际高炉上得到推广应用，同时高炉通风口是一个复杂多变而又不易观测的三维实验体系，模拟实验无法测的准确数据。 现阶段，以高炉实际尺寸和操作参数为基础，使用Fluent自带的前处理软件Gambit建模，生成计算网络，然后将风口的数值模拟分析模型导入Fluent，确定边界条件、计算控制参数，进行换热分析，最后得到风口的温度分布、速度分布、压力分布，给出流量与最高温度、表面平均温度以及进出口压力损失的关系曲线，从中寻找各个量之间的数值变化关系，改善风口。 三、设计方案的可行性分析和预期目标 许多流体流动伴随传热现象，FLUENT提供一系列应用广泛的对流、热传导及辐射模型。CFD是Computational Fluid Dynamics（计算流体力学）的简称。简言之，就是应用计算流体力学理论与方法，利用具有超强数值运算能力的电脑，编制计算机运行程序，数值求解由满足不同种类流体的运动及传热传质规律的三大守恒定律（质量、动量和能量守恒方程）及附加的各种模型方程所组成的非线性偏微分方程组，得到确定边界条件下的数值解。最终为了得到风口的温度分布、速度分布、压力分布，给出流量与最高温度、表面平均温度以及进出口压力损失的关系曲线，从中寻找各个量之间的数值变化关系。 四、所需要的仪器设备、材料 风口尺寸图纸、Fluent软件包 五、课题分阶段进度计划 序号 起止日期 1 第1~3周 工 作 内 容 了解课题目的、意义、研究内容及本课题的研究现状、存在问题，写出开题报告 开题，实验设计理论准备 查找数据，理论计算 应用Fluent软件包建立模型并模拟 阶段成果 完成开题报告。 2 3 4 5 6 第4周 第5~7周 第8~13周 得出整个设计思路 得出计算数据 模拟出结果 完成论文 第14~15周 论文编写阶段 第16~17周 论文评阅及答辩 指导教师意见 签字： 200 年 月 日

毕业论文工作总结

工作任务完成情况（包括任务书中规定的工作内容、研究目标等，如未能完成须说明原因）： 3月5号至3月30号为实验的准备阶段，我收集了有关资料，了解、熟悉了论文题目的内容，研究现状及存在问题；确定设计方案，写出开题报告，最终修改、确定了方案； 4月1号至5月30号为实验及数据整理阶段，按照设计方案完成了计算和模拟，记录与整理了数据，并对结果进行了的分析与对比。 6月1号至6月18号为论文编写阶段，按照要求写出论文编写提纲，交指导教师审阅并编写了论文。 6月22号至23号为毕业答辩阶段，我按照要求完成毕业答辩。 主要创新点： 我选择的毕业设计课程是：风口换热分析，本课题具有实践性、综合性、探索性、应用性等特点，其主要创新点如下： 1. 设计方案清晰，计算步骤条理性强，为更好地完成整个课题打下了基础； 2. 从发展的眼光进行设计，对设计方案中不合理的成分及时发现、纠正； 3. 在分析实验条件对催化剂性能的影响时，采用了单一变量的方法，减少了其他变量共同变化所带来的实验误差。 4. 实验创新性的采用PSA变压吸附装置制造出纯净的氢气。 工作状况（包括工作态度、刻苦精神、协作精神、个人精力投入、出勤等情况）： 在整个实验过程中，我严格律己，严格按照设计方案进行计算，通过向老师咨询以及查阅资料解决了心中疑惑的地方。在近一个月的时间里，我几乎天天与实验室为伴，与同学协作完成了实验中困难的地方，得出了优异的设计数据。 在论文编写阶段，我系统地对以前做的工作的进行了分析与总结，写出论文。经过老师细心的指导，我又对论文进行了数次修改，是论文的质量得到提升。 收获、体会及建议： 随着毕业设计做完，也将意味我的大学生活即将结束，但在这段时间里面我觉得自己是努力并快乐的。在繁忙的的日子里面，曾经为解决技术上的问题，而去翻我所学有关的书籍。经过这段时间我真正体会了很多，也感到了很多。 历经了几个月的奋战，紧张而又充实的毕业设计终于落下了帷幕。回想这段日子的经历和感受，我感慨万千，在这次毕业设计的过程中，我拥有了无数难忘的回忆和收获。 为了画出自己满意的模型图、模拟图等，我仔细学习了GAMBIT的绘图技术。在设计初期，由于没有设计经验，觉得无从下手，空有很多设计思想，却不知道应该选哪个，经过导师的指导，我的设计渐渐有了头绪，通过查阅资料，逐渐确立系统方案。当我们终于完成了所有打字、绘图、模拟，完成任务后感觉很累，但同时看着电脑荧屏上的毕业设计稿时心里是甜的。 学生签字 200 年 月 日