Аспирант политехнического института ЮУрГУ разрабатывает программное обеспечение для прогнозирования поведения скрытых электротермических процессов в рабочей зоне электросталеплавильных печей и агрегатов с помощью численного моделирования. Данную программу можно будет внедрить в работу научно-исследовательских институтов и лабораторий, промышленных металлургических предприятий, что поможет значительно сократить время на обработку собранной информации. Идея получила грантовую поддержку и признание жюри конкурса «УМНИК».
В последнее время наблюдается рост потребления качественных сталей и сплавов, получаемых по технологиям спецэлектрометаллургии. Данная отрасль металлургии появилась относительно недавно, в середине прошлого столетия, поэтому ее технологии не были хорошо изучены. Электрошлаковый переплав является наиболее производительным и экономически выгодным способом получения высококачественных металлических сплавов, которые находят широкое применение в авиационной, атомной и нефтегазовой промышленности.
Молодой ученый Иван Алексеев работает над проектом, целью которого является разработка программного обеспечения прогнозирования поведения скрытых электротермических процессов в рабочей зоне электросталеплавильных печей с помощью численного моделирования. Проектом руководит доктор технических наук, профессор, заведующий кафедры «Техника и технологии производства материалов» Илья Чуманов.
Развитие вычислительной техники и математических алгоритмов для решения сложных задач с помощью компьютеров позволило в последнее время эффективно исследовать перспективы развития данной отрасли, а также развивать скрытый потенциал отдельных технологий. Данный проект нужен для исследования особенностей процесса преобразования электрической энергии в тепловую, так называемые электротермические процессы, и их влияние на термодинамику рабочей зоны электрошлаковой печи, в частности, при использовании технологии на постоянном токе с вращением электрода.
.jpg)
Уже существует ряд коммерческих и открытых продуктов инженерного анализа, например, Ansys, OpenFOAM. Они предназначены для решения общих задач, но не имеют специфики для проведения исследований в области электротермии текучих сред, но лишь в твердых телах.
«Инновационность и уникальность нашей разработки заключается в использовании нового подхода к решению задач вычислительной магнитогидродинамики с учетом термодинамических явлений, а именно, использование единого вычислительного метода - метода конечных объемов. Решение задач подобного типа в существующих программных продуктах осуществляется путем скрещенного последовательного использования методов конечных элементов и конечных объемов, требующих производить конвертацию данных при решении, а это вызывает дополнительные временные затраты на осуществление итераций и повышает вероятность погрешности решения задачи», - поясняет Иван Алексеев.
Учеными ЮУрГУ уже спроектированы упрощенные численные модели (свидетельство о регистрации программы для ЭВМ № 2021611791 «Программа для определения скорости потока токопроводящей жидкости в наведенном постоянном магнитном поле методом конечных элементов в двухмерном пространстве», свидетельство о регистрации программы для ЭВМ № 2021618185 «Программа-решатель для определения поведения n-го числа несмешивающихся сжимаемых жидкостей с возможностью кристаллизации/плавления потока для неподвижных и движущихся сплошных сред»), работающие в обоих вышеперечисленных комплексах, но не позволяющие достаточно глубоко исследовать рабочую зону электрошлаковой печи на предмет распределения электродинамики и термодинамики процесса. На основании этого было принято решение о разработке собственного программного продукта, направленного на решение задач, связанных с электротермическими процессами. Была проведена работа по исследованию процесса капельного переноса, по результатам которой ученые определили критические значения электромагнитных и гравитационных сил для обеспечения контроля над капельным переносом металла.
Результаты проекта планируется использовать для внедрения в работу научно-исследовательских институтов и лабораторий (АО «НПО «ЦНИИТМАШ» ГК «Росатом»), производителей электросталеплавильных печей и агрегатов (АО «МК ОРМЕТО-ЮУМЗ»), промышленных металлургических предприятий (АО «Златоустовский электрометаллургический завод», ПАО «Челябинский металлургический комбинат», ВМК «Красный октябрь»), высших учебных заведений.
Южно-Уральский государственный университет – это университет цифровых трансформаций, где ведутся инновационные исследования по большинству приоритетных направлений развития науки и техники. В соответствии со стратегией научно-технологического развития РФ университет сфокусирован на развитии крупных научных междисциплинарных проектов в области цифровой индустрии, материаловедения и экологии. В Год науки и технологий ЮУрГУ победил в конкурсе по программе «Приоритет 2030». Вуз выполняет функции регионального проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня.
#годнауки #юургувприоритете