|
|
Faktory ovlivňující sprchové chlazení za vysokých teplot
Chabičovský, Martin ; Čarnogurská, Mária (oponent) ; Hajduk, Daniel (oponent) ; Raudenský, Miroslav (vedoucí práce)
Sprchové chlazení horkých povrchů se v metalurgickém průmyslu využívá při kontinuálním odlévání, válcování za tepla či při tepelném zpracování. Při sprchovém chlazení v metalurgickém průmyslu je voda rozprašována na chlazený povrch tryskami, přičemž dochází k rozpadu proudu vody na kapky. Sprchové chlazení horkých povrchů lze charakterizovat jako nucenou konvekci za přítomnosti varu. Tento fyzikálně komplikovaný děj je ovlivňován mnoha faktory, jako jsou příměsi a nečistoty ve vodě, teplota vody, průtok vody, velikost kapek, dopadová rychlost kapek, teplota povrchu, drsnost povrchu či přítomnost oxidů (okují) na chlazeném povrchu. Dominantní faktor, který ovlivňuje přenos tepla při sprchovém chlazení je průtok vody na jednotku plochy chlazeného povrchu. Ostatní faktory mají menší avšak též významný vliv. Tato práce se zabývá vlivem teploty vody, drsnosti povrchu a přítomnosti oxidů na intenzitu sprchového chlazení. Tyto faktory jsou studovány za pomocí laboratorních experimentů, při nichž je horký ocelový povrch chlazen vodním sprejem. Vliv vrstvy oxidů na chlazeném povrchu je též studován za pomocí numerické simulace. Získané experimentální výsledky jsou vysvětleny na základě teorie a zobecněny za pomocí matematických metod.
|
|
|
Pokročilé metody pro inverzní úlohy vedení tepla
Komínek, Jan ; Čarnogurská, Mária (oponent) ; Hajduk,, Daniel (oponent) ; Raudenský, Miroslav (vedoucí práce)
Numerické simulace tepelných procesů jsou založeny na znalosti geometrie, materiálových vlastností, počátečních a okrajových podmínek. Masivnímu používání těchto simulací v hutním průmyslu (například pro simulaci tepelného zpracování oceli) brání neznámost přesných okrajových podmínek, které na rozdíl od ostatních vstupních parametrů obvykle není snadné určit. Protože pro většinu netriviálních procesů neexistují dostatečně přesné empirické vztahy, je nutné okrajové podmínky získávat experimentální cestou. Okrajové podmínky nejde měřit přímo. Proto jsou místo nich zaznamenávány podpovrchové teploty, které jsou pomocí inverzní úlohy vedení tepla přepočítány na hledané okrajové podmínky. Tato dizertační práce se zaměřuje na dva typy inverzních úloh, které jsou stávajícími metodami špatně řešitelné. Prvním typem jsou úlohy, ve kterých dochází k prudkým (téměř skokovým) nárůstům/poklesům hodnoty okrajové podmínky. Pro tento typ úloh jsou v práci navrženy a srovnávány dva nové přístupy. Druhým typem úlohy je nestacionárně nehomogenní chlazení. Pro tento případ jsou vyvinuty tři nové metody, které jsou aplikovány na případ vodního chlazení svislého povrchu hliníkového vzorku. Základní vlastností popisovaného případu je nehomogenita chlazení. Část povrchu je intenzivně chlazena stékající vodou na rozdíl od druhé části povrchu, který je chlazen jen s malou intenzitou, protože je od přímého kontaktu s vodou chráněn parní vrstvou (Leidenfrostův efekt). Rozložení těchto dvou částí je navíc nestacionární (v průběhu experimentu se mění). Nově vyvinuté metody jsou vzájemně porovnávány.
|
|
|
Tepelně-mechanická degradace povrchů za vysokých teplot
Zahradník, Radek ; Hajduk, Daniel (oponent) ; Čecho, Ladislav (oponent) ; Toman,, Zdeněk (oponent) ; Raudenský, Miroslav (vedoucí práce)
Tato dizertační práce se zabývá degradačními procesy povrchů oceli při kombinovaném, teplotně- mechanickém namáhání. Je vázána na pracovní válce teplých válcoven, které jsou namáhány právě kombinovaným teplotně-mechanickým namáháním. V první kapitole práce je nastíněn proces válcování, konstrukce, výroba a materiály pracovních válců. Druhá kapitola shrnuje poznatky z rozsáhlé literární rešerše o degradačních procesech, které můžeme pozorovat na povrchu pracovních válců – opotřebení, oxidace, tepelná únava a kontaktní únava. Postupně jsou rozebrány charakteristiky, vznik, mechanismy rozvoje a dopady všech degradačních mechanismů na povrch pracovního válce. Další kapitola obsahuje přehled analytických a numerických modelů, které se týkají živostnosti, opotřebení, tepelných toků a deformace pracovních válců. Další kapitoly podrobně rozebírají návrh analytického, optimalizovaného makrosférického numerického a mikrosférického modelu pro studium stavu napětí pracovního válce. S jejich pomocí je prezentováno několik případových studií, které využívají dostupná experimentální data. Práce upřesňuje a rozšiřuje znalosti o stavu napětí. Ukazuje podíl jednotlivých zatížení na celkovém stavu napětí, rozložení v čase i vzdálenosti od povrchu. Pomocí makrosférického modelu je vysvětlena příčina spallingu a lomu pracovního válce. Mikrosférický model vysvětluje příčinu vzniku trhlin v karbidech litin s vysokým obsahem chromu. Závěr práce je doplněn o vytyčení směrů pro další výzkum, který je nezbytný pro další prohlubování znalostí o degradaci povrchu. V poslední kapitole jsou shrnuty poznatky ze všech simulací, které byly v této práci prezentovány. Kapitola je rozčleněna do tří podkapitol. První shrnuje poznatky z kapitol 5 až 7. Druhá shrnuje poznatky z kapitoly 8. Poslední podkapitola shrnuje nutné předpoklady dalšího výzkumu v oblastní tepelně-mechanické degradace povrchů v oblasti válcování, které jsou odrazem zjištěných problémů současného stavu techniky, a vytyčuje směr, kam by se měl ubírat další výzkum . Hlavní text práce je doplněn o značný počet příloh, které tvoří třetinu celkové délky práce. Rozšiřují témata, která jsou rozebírána v hlavním textu práce.
|
|
|
Okrajové podmínky ve válcovací mezeře při válcování za tepla a za studena
Luks, Tomáš ; Pernis,, Rudolf (oponent) ; Hajduk, Daniel (oponent) ; Horský, Jaroslav (vedoucí práce)
Při tvorbě modelů technologického procesu válcování jednu z klíčových rolí hraje určení teplotních a silových okrajových podmínek ve válcovací mezeře. V kontaktu ve válcovací mezeře pozorujeme proměnný průběh normálové síly, změnu vzájemné rychlosti těles, působení oxidů a maziv aj. Zahrnout vliv všech parametru při určení okrajových podmínek není jednoduché a vyžaduje rozsáhlá měření. Proto je účelem této práce vývoj nových teplotních a silových senzorů pro měření okrajových podmínek ve válcovací mezeře ve formě součinitele přestupu tepla v kontaktu a koeficientu tření a jejich použití při testovacích měřeních. Pro teplotní okrajovou podmínku při válcování zatepla je pracovní válec osazen podpovrchovým teplotním snímačem. Na základě zaznamenaných teplot a pomocí inverzní úlohy vedení tepla jsou vypočteny povrchové teploty válce a hustota tepelného toků mezi válcovaným materiálem a válcem. Několik typů senzorů bylo vyvinuto a úspěšně otestováno na zkušební stolici nebo v poloprovozním režimu válcování na trati. V simulacích a při měření byly porovnávány teplotní odezvy senzorů a schopnost inverzní úlohy správně rekonstruovat povrchovou okrajovou podmínku. Při dlouhodobém měření byla také sledována životnost senzorů. Ke snímání mechanického napětí na rozhraní válec-provalek a výpočtu koeficientu tření je využita metoda měřícího pinu, kdy vrchol měřícího elementu (pinu) je v kontaktu s válcovaným materiálem. Síly, působící na pin, jsou snímány tříosým piezoelektrickým snímačem sil a přepočteny na kontaktní napětí ve válcovací mezeře. Senzor byl zabudován do měřícího válce a otestován při válcování ocelových a hliníkových tyčí za tepla a za studena. Výsledky byly porovnány s integračním snímačem sil ROLLSURF.
|
|
|
Výpočtová analýza namáhání povrchových vrstev pracovního válce při válcování za tepla
Luks, Tomáš ; Hajduk,, Daniel (oponent) ; Pohanka, Michal (vedoucí práce)
Tato práce se zabývá analýzou teplotního a mechanického zatížení pracovních válců při válcování za tepla. Na začátku práce je obecně popsána problematika válcování se zaměřením na pracovní válce. Je zde je uveden teoretický rozbor zatížení válce a mechanizmy ovlivňující jeho životnost. Vlastní práce se zabývá vytvořením výpočtového modelu MKP v programu ANSYS. Vytvořený model je zatěžován různými schématy válcování a je sledována napjatost v povrchové vrstvě. Jako zatěžující okrajové podmínky jsou na model aplikovány hodnoty získané z měření na válcovací trati.
|
|
|
Vliv zbytkové vody a dalších významných faktorů na intenzitu chlazení při tepelném zpracování oceli
Resl, Ondřej ; Macháčková,, Adéla (oponent) ; Hajduk, Daniel (oponent) ; Pohanka, Michal (vedoucí práce)
Na celém světe se každoročně vyrobí sta miliony tun surové oceli, která se dále zpracovává především válcováním za tepla. Aby koncové produkty dosahovaly požadovaných mechanických a fyzikálních vlastností, je nutné řídit proces chlazení během tepelného zpracování. Chlazení je ovlivněno mnoha faktory a optimální nastavení intenzity chlazení je tudíž velmi komplikované. Pro správné nastavení chlazení je zásadní znalost vlivu jednotlivých faktorů. Tato práce se zabývá studiem vlivu kvality povrchu (drsnost povrchu, přítomnost oxidů) na intenzitu chlazení a problematikou zbytkové vody. Pojmem zbytková voda se rozumí tenká vodní vrstva, která po ostřiku zůstává na ochlazovaném povrchu. V rámci práce je experimentálně zkoumán vliv drsnosti a přítomnosti oxidů na chlazení pohyblivých ocelových povrchů při použití různých typů ostřiků. K posouzení vlivu těchto parametrů je chlazení zkoumáno na třech typech povrchů (válcovaný, broušený, zoxidovaný) a výsledky jsou následně analyzovány. Experimentálně je také zkoumán vliv zbytkové vody na chlazení. I v tomto případě jsou použity různé typy ostřiků a povrchů.
|
|
|
Pokročilé metody pro inverzní úlohy vedení tepla
Komínek, Jan ; Čarnogurská, Mária (oponent) ; Hajduk,, Daniel (oponent) ; Raudenský, Miroslav (vedoucí práce)
Numerické simulace tepelných procesů jsou založeny na znalosti geometrie, materiálových vlastností, počátečních a okrajových podmínek. Masivnímu používání těchto simulací v hutním průmyslu (například pro simulaci tepelného zpracování oceli) brání neznámost přesných okrajových podmínek, které na rozdíl od ostatních vstupních parametrů obvykle není snadné určit. Protože pro většinu netriviálních procesů neexistují dostatečně přesné empirické vztahy, je nutné okrajové podmínky získávat experimentální cestou. Okrajové podmínky nejde měřit přímo. Proto jsou místo nich zaznamenávány podpovrchové teploty, které jsou pomocí inverzní úlohy vedení tepla přepočítány na hledané okrajové podmínky. Tato dizertační práce se zaměřuje na dva typy inverzních úloh, které jsou stávajícími metodami špatně řešitelné. Prvním typem jsou úlohy, ve kterých dochází k prudkým (téměř skokovým) nárůstům/poklesům hodnoty okrajové podmínky. Pro tento typ úloh jsou v práci navrženy a srovnávány dva nové přístupy. Druhým typem úlohy je nestacionárně nehomogenní chlazení. Pro tento případ jsou vyvinuty tři nové metody, které jsou aplikovány na případ vodního chlazení svislého povrchu hliníkového vzorku. Základní vlastností popisovaného případu je nehomogenita chlazení. Část povrchu je intenzivně chlazena stékající vodou na rozdíl od druhé části povrchu, který je chlazen jen s malou intenzitou, protože je od přímého kontaktu s vodou chráněn parní vrstvou (Leidenfrostův efekt). Rozložení těchto dvou částí je navíc nestacionární (v průběhu experimentu se mění). Nově vyvinuté metody jsou vzájemně porovnávány.
|
|
|
Okrajové podmínky ve válcovací mezeře při válcování za tepla a za studena
Luks, Tomáš ; Pernis,, Rudolf (oponent) ; Hajduk, Daniel (oponent) ; Horský, Jaroslav (vedoucí práce)
Při tvorbě modelů technologického procesu válcování jednu z klíčových rolí hraje určení teplotních a silových okrajových podmínek ve válcovací mezeře. V kontaktu ve válcovací mezeře pozorujeme proměnný průběh normálové síly, změnu vzájemné rychlosti těles, působení oxidů a maziv aj. Zahrnout vliv všech parametru při určení okrajových podmínek není jednoduché a vyžaduje rozsáhlá měření. Proto je účelem této práce vývoj nových teplotních a silových senzorů pro měření okrajových podmínek ve válcovací mezeře ve formě součinitele přestupu tepla v kontaktu a koeficientu tření a jejich použití při testovacích měřeních. Pro teplotní okrajovou podmínku při válcování zatepla je pracovní válec osazen podpovrchovým teplotním snímačem. Na základě zaznamenaných teplot a pomocí inverzní úlohy vedení tepla jsou vypočteny povrchové teploty válce a hustota tepelného toků mezi válcovaným materiálem a válcem. Několik typů senzorů bylo vyvinuto a úspěšně otestováno na zkušební stolici nebo v poloprovozním režimu válcování na trati. V simulacích a při měření byly porovnávány teplotní odezvy senzorů a schopnost inverzní úlohy správně rekonstruovat povrchovou okrajovou podmínku. Při dlouhodobém měření byla také sledována životnost senzorů. Ke snímání mechanického napětí na rozhraní válec-provalek a výpočtu koeficientu tření je využita metoda měřícího pinu, kdy vrchol měřícího elementu (pinu) je v kontaktu s válcovaným materiálem. Síly, působící na pin, jsou snímány tříosým piezoelektrickým snímačem sil a přepočteny na kontaktní napětí ve válcovací mezeře. Senzor byl zabudován do měřícího válce a otestován při válcování ocelových a hliníkových tyčí za tepla a za studena. Výsledky byly porovnány s integračním snímačem sil ROLLSURF.
|
|
|
Faktory ovlivňující sprchové chlazení za vysokých teplot
Chabičovský, Martin ; Čarnogurská, Mária (oponent) ; Hajduk, Daniel (oponent) ; Raudenský, Miroslav (vedoucí práce)
Sprchové chlazení horkých povrchů se v metalurgickém průmyslu využívá při kontinuálním odlévání, válcování za tepla či při tepelném zpracování. Při sprchovém chlazení v metalurgickém průmyslu je voda rozprašována na chlazený povrch tryskami, přičemž dochází k rozpadu proudu vody na kapky. Sprchové chlazení horkých povrchů lze charakterizovat jako nucenou konvekci za přítomnosti varu. Tento fyzikálně komplikovaný děj je ovlivňován mnoha faktory, jako jsou příměsi a nečistoty ve vodě, teplota vody, průtok vody, velikost kapek, dopadová rychlost kapek, teplota povrchu, drsnost povrchu či přítomnost oxidů (okují) na chlazeném povrchu. Dominantní faktor, který ovlivňuje přenos tepla při sprchovém chlazení je průtok vody na jednotku plochy chlazeného povrchu. Ostatní faktory mají menší avšak též významný vliv. Tato práce se zabývá vlivem teploty vody, drsnosti povrchu a přítomnosti oxidů na intenzitu sprchového chlazení. Tyto faktory jsou studovány za pomocí laboratorních experimentů, při nichž je horký ocelový povrch chlazen vodním sprejem. Vliv vrstvy oxidů na chlazeném povrchu je též studován za pomocí numerické simulace. Získané experimentální výsledky jsou vysvětleny na základě teorie a zobecněny za pomocí matematických metod.
|
|
|
Tepelně-mechanická degradace povrchů za vysokých teplot
Zahradník, Radek ; Hajduk, Daniel (oponent) ; Čecho, Ladislav (oponent) ; Toman,, Zdeněk (oponent) ; Raudenský, Miroslav (vedoucí práce)
Tato dizertační práce se zabývá degradačními procesy povrchů oceli při kombinovaném, teplotně- mechanickém namáhání. Je vázána na pracovní válce teplých válcoven, které jsou namáhány právě kombinovaným teplotně-mechanickým namáháním. V první kapitole práce je nastíněn proces válcování, konstrukce, výroba a materiály pracovních válců. Druhá kapitola shrnuje poznatky z rozsáhlé literární rešerše o degradačních procesech, které můžeme pozorovat na povrchu pracovních válců – opotřebení, oxidace, tepelná únava a kontaktní únava. Postupně jsou rozebrány charakteristiky, vznik, mechanismy rozvoje a dopady všech degradačních mechanismů na povrch pracovního válce. Další kapitola obsahuje přehled analytických a numerických modelů, které se týkají živostnosti, opotřebení, tepelných toků a deformace pracovních válců. Další kapitoly podrobně rozebírají návrh analytického, optimalizovaného makrosférického numerického a mikrosférického modelu pro studium stavu napětí pracovního válce. S jejich pomocí je prezentováno několik případových studií, které využívají dostupná experimentální data. Práce upřesňuje a rozšiřuje znalosti o stavu napětí. Ukazuje podíl jednotlivých zatížení na celkovém stavu napětí, rozložení v čase i vzdálenosti od povrchu. Pomocí makrosférického modelu je vysvětlena příčina spallingu a lomu pracovního válce. Mikrosférický model vysvětluje příčinu vzniku trhlin v karbidech litin s vysokým obsahem chromu. Závěr práce je doplněn o vytyčení směrů pro další výzkum, který je nezbytný pro další prohlubování znalostí o degradaci povrchu. V poslední kapitole jsou shrnuty poznatky ze všech simulací, které byly v této práci prezentovány. Kapitola je rozčleněna do tří podkapitol. První shrnuje poznatky z kapitol 5 až 7. Druhá shrnuje poznatky z kapitoly 8. Poslední podkapitola shrnuje nutné předpoklady dalšího výzkumu v oblastní tepelně-mechanické degradace povrchů v oblasti válcování, které jsou odrazem zjištěných problémů současného stavu techniky, a vytyčuje směr, kam by se měl ubírat další výzkum . Hlavní text práce je doplněn o značný počet příloh, které tvoří třetinu celkové délky práce. Rozšiřují témata, která jsou rozebírána v hlavním textu práce.
|
host ::
RSS.