Numerical simulation of heat transfer problem in hot and cold rolling process
Author
Source
Issue
Vol. 13, Issue 3 (30 Sep. 2007), pp.1-23, 23 p.
Publisher
University of Baghdad College of Engineering
Publication Date
2007-09-30
Country of Publication
Iraq
No. of Pages
23
Main Subjects
Topics
Abstract AR
تم التوصل إلى نموذج عددي لنمذجة التصرف الحراري لعملية الدرفلة (Rolling Process).
استخدمت صيغة أويلر العددية (Eulerian Formulation) لتقليل عدد نقاط الشبكة (Mesh) اللازمة للحل العددي.
للنموذج العددي القابلية على حساب توزيع درجات الحرارة، عمق انتشار الحرارة (Heat Penetration Depth)، معامل انتقال الحرارة لمائع التبريد (Cooling Heat Transfer Coefficient)، جريان المعدن خلال عملية الدرفلة (Flow of Metal in Rolling)، الحرارة المتولدة بسبب التشوه اللدن للمعدن (Heat Generation by Plastic Deformation and Friction).
تم افتراض ثبوت السرعة الدورانية للدرفيل و أن التغيرات التي تطرأ على درجات الحرارة تكون على هيئة قشرة رقيقة (Very Thin Layer) على سطح الدرفيل.
طريقة للفروقات المحددة التقليدية (Conventional Finite Difference Method) المبنية على أساس الإحداثيات القطبية (Polar coordinates) هي الأكثر ملائمة و التي استخدمت لإيجاد توزيع درجات الحرارة للدرفيل.
بينما استخدمت طريقة الفروقات المحددة المعممة (Generalized Finite Difference Method) لنمذجة درجات الحرارة للمناطق التي تكون فيها خطوط الشبكة غير متعامدة (Non-orthogonal Mesh) و المتمثلة بالمنطقة التي يتشوه فيها المعدن.
لقد اختير نسق لفروقات الصاعد للنقاط المواجهة للجريان (Up-wind Differencing Scheme) للتغلب على عدم الاستقرارية العددية الناتجة من السرع العالية أو عدد بكلت العالي (High Peclet Number) الذي تتضمنه عملية الدرفلة.
تم حل معادلتي المعدن المدرفل (Strip) و الدرفيل (Roll) آنيا (Simultaneously).
تمت دراسة حالتي الدرفلة على البارد و على الساخن معا، عرضت نتائج التصرف الحراري و توزيع السرع الحرارة المتولدة بالتشوه و الاحتكاك بمقتضى الشروط الحدودية النموذجية لإيضاح قدرة النموذج الذي تم التوصل إليه.
وجد في الدراسة الحالية، أثناء تشوه المعدن (Strip)، أن مقدار درجة الحرارة في داخله تزداد بصورة مستمرة، و أن طاقة التشويه تسيطر عليها بصورة كبيرة.
من ناحية أخرى فأن درجة حرارة سطح المعدن تتغير بصورة أكثر أثاره و التي تكون طاقة الاحتكاك و درجة الحرارة داخل الدرفيل تسيطر عليها بصورة رئيسية.
أن التبريد العالي الذي يتعرض له الدرفيل، سيكون له أثر كبير أشبه بالغور الحراري (Heat Sink).
حيث عند اصطدام المعدن بالدرفيل فأن درجة حرارة سطح الدرفيل تهبط.
بسبب حرارتي التشوه و الاحتكاك اللتان تنشآن على طول سطح التلامس (Interface) إضافة إلى الحرارة المنتقلة من الطبقة المجاورة للمعدن المشوه فأن درجة حرارة سطح المعدن ترتفع بسرعة.
أخيرا، نتائج توزيعات درجة الحرارة و الحرارة المتولدة بسبب التشوه و الاحتكاك التي تم التوصل لها قورنت بنتائج عمل مسبق للتحقق من مدى صحة الحل العددي.
لقد وجد توافق جيد من المقارنة بين النتائج المحسوبة من البحث الحالي و النتائج المحسوبة في عمل مسبق.
Abstract EN
An efficient numerical model had been developed to model the thermal behaviour of the rolling process.
An Eulerian formulation was employed to minimize the number of grid points required.
The model is capable to calculate the temperature distribution, the heat penetration depth, the convection heat transfer coefficient of cooling, the flow of metal through the roll gap, and the heat generation by plastic deformation and friction.
The roll is assumed to rotate at constant speed, and the temperature variations are assumed to be cyclically steady state and localized with a very thin layer near the surface.
The Conventional Finite Difference (CFDM) based on cylindrical coordinates was used to model the roll, and a Generalized Finite Difference Method (GFDM) with non-orthogonal mesh was employed in the deformed strip region and the roll-strip interface area.
An upwind differencing scheme was selected to overcome the numerical instability resulting from the high velocity (high Peclet number) involved in the rolling process.
The equations of the strip and roll are then coupled together and solved simultaneously.
Both cold and hot rolling heat transfer behaviours, velocity distribution, and heat generation by deformation and friction under typical rolling conditions were presented to demonstrate the feasibility and capability of the developed numerical model.
It has been found that, while the strip is under deformation, the bulk temperature inside the strip increases continuously; this is largely controlled by the deformation energy.
On the other hand, the strip surface temperature changes much more drastically and it is mainly controlled by the friction heat and the roll temperature.
The roll acts like a heat sink, because the coolant heavily cools it.
Thus, as soon as the strip hits the roll its surface temperature drops.
Since considerable friction and deformation heat are created along the interface and transferred from the neighboring sub-layer, the surface temperature picks up rapidly.
Finally, the results of the temperature distribution for both cold and hot rolling and the heat generation by deformation and friction obtained from the present study were compared with previous published work to verify the validity of the numerical solution.
Good acceptable agreements were obtained.
American Psychological Association (APA)
Husayn, Ihsan Yahya. 2007. Numerical simulation of heat transfer problem in hot and cold rolling process. Journal of Engineering،Vol. 13, no. 3, pp.1-23.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-340035
Modern Language Association (MLA)
Husayn, Ihsan Yahya. Numerical simulation of heat transfer problem in hot and cold rolling process. Journal of Engineering Vol. 13, no. 3 (Sep. 2007), pp.1-23.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-340035
American Medical Association (AMA)
Husayn, Ihsan Yahya. Numerical simulation of heat transfer problem in hot and cold rolling process. Journal of Engineering. 2007. Vol. 13, no. 3, pp.1-23.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-340035
Data Type
Journal Articles
Language
English
Notes
Includes appendix.
Record ID
BIM-340035
