شبیه سازی انتقال حرارت گذرا در لوله های خنک کننده ی کوره قوس الکتریکی

کوره های قوس الکتریک در صنعت فولادسازی اهمیت بسیاری دارند. دمای این کوره ها به بالاتر از 1700 کلوین می رسد. به منظور جلوگیری از آسیب رسیدن به اجزای درونی کوره که باعث توقف کار کوره و خسارت های زیادی می گردد، این اجزا را توسط پانل های آبگرد محافظت می کنند. تشعشع ساطع شده از مذاب توسط آب خنک کننده درون لوله ی پانل ها جذب شده و از کوره خارج می شود. یکی از مشکلاتی که باعث توقف کار کوره ها می شود، ترک خوردن این لوله ها و ایجاد نشتی در آن ها به علت خستگی و تنش های حرارتی زیاد، می باشد. گرم و سرد شدن این لوله های خنک کننده، به علت جابجایی های درپوش و تغییرات شدید دمای لوله ها در هنگام شارژ کوره، عامل ایجاد این خستگی و تنش های حرارتی در لوله ها می باشد. در این تحقیق، برای بررسی این خستگی و تنش ها، اقدام به شبیه سازی انتقال حرارت گذرا در لوله ی پانل خنک کننده ی درپوش یک کوره قوس الکتریکی شده است. برای این کار، در ابتدا با استفاده از نقشه پانل خنک کننده درپوش کوره، هندسه ی سه بعدی آن توسط نرم افزار سالیدورکس تولید و سپس وارد نرم افزار تولید شبکه، نرم افزار گمبیت شده و پس از اصلاح هندسه، شبکه ی مناسب در آن ایجاد شد. پس از محاسبه میزان شار دریافتی به درپوش کوره از سطح مذاب و اعمال سایر شرایط مرزی مناسب، معادلات حاکم بر مسأله توسط نرم افزار فلوئنت شبیه-سازی و حل شد. پس از شبیه سازی توزیع دما در لوله ی خنک کننده و میزان دمای آب خروجی از آن در مدت زمان مورد نظر در حالت گذرا بدست آمد. با شبیه سازی مشخص شد که ناحیه های نزدیک به زانویی ها به علت شکل جریان در آن ها دچار افزایش دمای ناگهانی شده و دارای شرایط بحرانی می باشند. در این تحقیق جهت بررسی اثر کاهش دبی بر دمای پانل، شبیه سازی در دبی های مختلف با میزان شار حرارتی بحرانی انجام شد و نحوه تغییرات دمای پانل و دمای آب خروجی از آن در قالب نمودار ارایه شده است. با شبیه سازی گذرا نحوه تغییرات دمای پانل در دو حالت سرد شدن و گرم شدن، با تغییر سریع شرایط مرزی، در قالب نمودارها و کانتورها ارایه شده است. با شبیه سازی گذرا مشخص شد که در حالت سرد شدن پانل و کاهش شار حرارتی با گذشت تقریبا 100 ثانیه و در حالت گرم شدن و افزایش شار حرارتی با گذشت تقریبا 80 ثانیه، دمای پانل به حالت پایدار می رسد. در این تحقیق تاثیر تغییر جنس پانل ها در میزان دمای پانل نیز بررسی شد. با شبیه سازی تغییر جنس پانل از فولاد به مس دمای پانل با کاهش 6 درصدی روبرو شد.