Desenvolvimento de um modelo matemático para a transferência de calor para tubos de aço submetidos ao processo de têmpera por anéis
| Autor: | Daniela Fatima Gomes |
|---|---|
| Přispěvatelé: | Roberto Parreiras Tavares, Aline Lima da Silva, Luiz Machado, Rodrigo Lambert Oréfice, Lis Nunes Soares |
| Jazyk: | portugalština |
| Rok vydání: | 2017 |
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| Zdroj: | Repositório Institucional da UFMG Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) instacron:UFMG |
| Popis: | O processo de têmpera é uma das etapas críticas na produção de tubos de aço, possuindo grande importância na determinação da qualidade do produto final. No processo de têmpera por anéis, o tubo passa em um conjunto de anéis com sprays de água. Uma série de variáveis afetam a performance do processo, tais como: temperatura de entrada do material na estrutura de resfriamento e velocidades de rotação e avanço do tubo. Nesse trabalho foram desenvolvidos modelos matemáticos bidimensional e tridimensional para predição da curva de resfriamento de um tubo submetido a têmpera por anéis. Foi realizada uma verificação do modelo bidimensional por meio de uma comparação com um problema de solução analítica conhecida e os resultados obtidos pelo modelo tridimensional foi comparado com a solução calculada pelo software ANSYS. Na etapa de verificação, atestou-se que o programa desenvolvido para solução numérica da equação geral de conservação de energia está correto. O modelo foi validado pela comparação com os resultados de um experimento realizado em escala industrial e está apto a ser implementado para ser usado em tempo real. Diversas simulações foram desenvolvidas, comparando diferentes abordagens para a modelagem. Constatou-se que o espaçamento entre os anéis causa grandes gradientes de temperatura ao longo da superfície do tubo. Verificou-se que a transferência de calor ao longo do comprimento do tubo não deve ser negligenciada, a temperatura calculada pelo modelo 3D apresenta valores diferentes dos calculados pela abordagem 2D e essa diferença pode chegar a 140°C. Constatou-se que o aumento da velocidade de rotação do tubo tende a uniformizar a temperatura ao longo da direção angular, no entanto, para velocidades de rotação acima de 6 rad/s esse efeito é negligenciável The quenching process is one of the most important steps in steel pipe production and has a significant impact on the quality of the product. Several parameters affect the performance of the process, including initial temperature of the tube and its speeds. Mathematical models have been developed to simulate the heat transfer in this process and to improve the conditions being adopted the conduct the cooling of the tubes. In the present work, a mathematical model was developed to simulate the quenching in a system of cooling rings with water sprays. Two-dimensional and three-dimensional models were developed. The verification of the two-dimensional model was performed by comparison with a known analytical solution problem and the results obtained by the three-dimensional model were compared with the solution calculated by the ANSYS software. In the verification stage, it was demonstrated that the program developed for the numerical solution of the conservation energy equation was correct.The model was validated by comparison with the results of an experiment carried out in an industrial scale Several heat transfer simulations have been carried out, comparing different approaches in the modeling. The results showed that the space between the cooling rings can lead to a non-uniform temperature profile, the heat transfer along the axial direction should not be ignored in situations where there are spaces between the cooling rings. An increase in the speed of rotation of the tube leads to a more uniform temperature distribution in the angular direction |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
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