最新东北大学传热试题汇总

2010东北大学传热试

题

(完整版)传热学期末考试试题

传热学（一） 第一部分选择题 ?单项选择题（本大题共 10 小题，每小题 2 分，共 20 分）在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要求的，请将正确选项前的字母填在题后的括号内。 1. 在稳态导热中 , 决定物体内温度分布的是 ( B) A. 导温系数 B. 导热系数 C. 传热系数 D. 密度 2. 下列哪个准则数反映了流体物性对对流换热的影响 ?(C ) A. 雷诺数 B. 雷利数 C. 普朗特数 D. 努谢尔特数 3. 单位面积的导热热阻单位为 ( B)

A. B. C. D. 4. 绝大多数情况下强制对流时的对流换热系数 (C ) 自然对流。 A. 小于 B. 等于 C. 大于 D. 无法比较 5. 对流换热系数为 100 、温度为 20 ℃的空气流经 50 ℃的壁面，其对流换热的热流密度为（D ） A. B. C. D. 6. 流体分别在较长的粗管和细管内作强制紊流对流换热，如果流速等条件相同，则（ C） A. 粗管和细管的相同 B. 粗管内的大 C. 细管内的大 D. 无法比较 7. 在相同的进出口温度条件下，逆流和顺流的平均温差的关系为（ A） A. 逆流大于顺流 B. 顺流大于逆流 C. 两者相等 D. 无法比较

8. 单位时间内离开单位表面积的总辐射能为该表面的（A ） A. 有效辐射 B. 辐射力 C. 反射辐射 D. 黑度 9. （D ）是在相同温度条件下辐射能力最强的物体。 A. 灰体 B. 磨光玻璃 C. 涂料 D. 黑体 10. 削弱辐射换热的有效方法是加遮热板，而遮热板表面的黑度应（B ） A. 大一点好 B. 小一点好 C. 大、小都一样 D. 无法判断 第二部分非选择题 ?填空题（本大题共 10 小题，每小题 2 分，共 20 分） 11. 如果温度场随时间变化，则为。非稳态温度场

东大传热学考试真题试卷与解析

东大2006—2007学年第二学期期末考试 《传热学》试题（A卷）答案 一、填空题(每空1分，共20分) 1、某物体温度分布的表达式为t=f(x ,y,τ),此温度场为二维（几维）、非稳态（稳态或非稳态）温度场。 2、当等温线图上每两条相邻等温线的温度间隔相同时，等温线的疏密可以直观地反映出不同区域导热热流密度的相对大小。 3、导热微分方程式是根据能量守恒定律和傅里叶定律建立起来的导热物体中的温度场应当满足的数学表达式。 4、工程上常采用肋片来强化传热。 5、换热器传热计算的两种方法是平均温差法和效能-传热单元数法。 6、由于流动起因的不同，对流换热可以区别为强制对流换热与自然对流换热。 7、固体表面附近流体温度发生剧烈变化的薄层称为温度边界层或热边界层，其厚度定义为以过余温度为来流过余温度的99%处。 8、判断两个现象相似的条件是：同名的已定特征数相等；单值性条件相似。 9、凝结有珠状凝结和膜状凝结两种形式，其中珠状凝结有较大的换热强度，工程上常用的是膜状凝结。 10、遵循兰贝特定律的辐射，数值上其辐射力等于定向辐射强度的π倍。 11、单位时间内投射到表面的单位面积上总辐射能为投入辐射，单位时间内离开表面单位面积的总辐射能为该表面的有效辐射，后者包括表面的自身辐射和投入辐射被反射的部分。 二、选择题（每题2分，共16分） 1、下列说法不正确的是（D ） A、辐射换热不依赖物体的接触而进行热量传递； B、辐射换热过程伴随着能量形式的两次转化； C、一切物体只要其温度T＞0K，都会不断地发射热射线； D、辐射换热的大小与物体温度差的四次方成正比。 2、大平板采用集总参数法的判别条件是（C）

16年东北大学传热学真题

16年东北大学传热学真题（回忆版） 一，名词解释.(25`) 定向辐射强度，自然对流，普朗克定律，集中参数法，热扩散率。 二，简答题.(25') 1.冬天俩隔得很近的房子一个房顶结霜了一个没结，外部条件一样，问为什么会结霜？哪个房子的保温性能更好？ 2.气体辐射有何特性？气体发射率受什么影响？ 3.给出一个大容积沸腾的实验关联式，要你指出其中各个物理量的意义，并说明为什么不用q=hΔt来求相应物理量。 4.什么是定性温度？在某球壳与外部空气对流传热过程中，当分别是自然对流和强制对流时，问应选取1,流体温度. 2,流体与球壳的算术平均温度.哪一种定性温度？ 5.均匀壁温管道加热流体，给出相应条件，要求写出对数温差，计算流体出口温度(用热平衡)。 三，分析题.(30') 1.求非稳态导热过程中平板的边界结点热平衡差分方程，哦刚开始还要你说下列求温度分布的方程的思路，并画出如何离散空间。 2.给出竖壁下的边界层能量方程和动量方程，要你求在忽略对流项和惯性力的情况下求解温度分布和速度分布，这题主要是会区分微分方程中的各项物理意义就好了，剩下的就是很简单的求解微分方程了。 3.用高温烟气加热管内水，问管壁外结灰垢和管壁内结水垢分别对管壁温度有何影响，选择哪种方式最适合加强换热1.换铁管为铜管2.管壁外面加肋片3.管内加内螺纹。 四，计算题.(70') 1.(10')常规的二层平板导热问题，给出炉内温度，耐火砖厚度，导热系数，保温层厚度，导热系数和空气温度，对流换热系数，要你求外壁面温度和俩壁面界面温度PS此处有个常识性问题即耐火砖是炉子内壁，保温层是外壁。 2.(20')用给定流速，温度的空气去冷却一个电子元件(给出长宽)，给出对流传热关联式，给出相应物理参数，求一定热流量时的电子元件温度。 3.(20')给出球壳的导热微分方程式，要你求一维稳态下的温度分布，导热系数是关于温度的一次函数，边界条件是球壳内径，相应温度和外径，相应温度，也是求解微分方程式。 4.(20')常规辐射传热计算，就给出一个半圆柱的半圆截面，底面一半是电加热板，一半是被加热物料，包壁绝热，画好热阻图列出辐射热流密度的式子计算即可。

(整理)东北大学传热试题.

东北大学 2010年攻读硕士研究生学位研究生试题 考试科目:传热学 832 一简答题以下10题每题5分(共50分) 1写出傅立叶定律的表达式,以及导热系数的物理意义? 2写出Nu和Bi的物理意义,并指出二者的不同? 3写出Fo数的表达式并表明其物理意义.是举出一例Fo的应用? 4简述气体凝结条件,(并表明理由)? 5有人认为:某物体在太阳光下呈红色,则说明该物体对红色光发射率较高.这种说法是否正确,试说明理由. 6角系数是纯几何因子在什么条件下得出的? 7以气体为例,说明定压比热Cp与定容比热Cv的大小,简述二者差别的原因? 8半无限大物体成立的条件,并举出一例. 9对于二维、稳态、常物性、不可压缩、不计重力、无内热源的强制对流换热问题，写出其边界层微分方程组和各方程的名称。 10已知一平板厚为2＆,其初始温度为t f,现突然使其一侧的温度升高到2t f,另一侧温度不变,假设Bi趋近于零,求其两侧温度与中间温度分布,画出图形,并说明理由. 二理论推导题（10分） 图中墙壁有一侧受热辐射而被加热,投入辐射为G,墙壁厚为δ,墙表面辐射率为ε,导热系数为λ,墙向外的辐射可忽略不计,腔两侧的环境温度为t f求墙达到热稳态后墙受热面的温度t1.(式子中不能有t2.)

三计算题。（3小题共90分） 1已知板厚为0.01m的平板其初始温度为500°C，且保持均匀。将其放入30。C的油中进行冷却已知均值h为350 W/(m2·k)求将其冷却至100。C的时间。 其中ρ=7800kg/m3 λ=50W(m·K) C P=450 KJ/(kg·K) 2用热电偶测量管中热空气的温度，管壁温度为600℃，热电偶读数为792℃，h=58.2W/(m2·k),ε=0.3. 求相对误差并就采取相应的措施给以简要的说明。 3已知管径为20mm.管长为l=3m,管内水流速为u=2.5 ,管入口处水温为t‘ f =20℃， 管壁温度为t w =40℃，且保持定值。试计算关出口处的水温。 附表 层流时Nu=1.86(Re f Pr f )(η f /η w ) 湍流时Nu=0.023Re0.8Pr n（流体被加热为n=0.4,流体被冷却为n=0.3）

东南大学传热学考试真题试卷与解析

东大—学年第二学期期末考试 《传热学》试题（卷）答案 一、填空题(每空分，共分) 、某物体温度分布的表达式为( ,τ),此温度场为二维（几维）、非稳态（稳态或非稳态）温度场。 、当等温线图上每两条相邻等温线的温度间隔相同时，等温线的疏密可以直观地反映出不同区域导热热流密度的相对大小。 、导热微分方程式是根据能量守恒定律和傅里叶定律建立起来的导热物体中的温度场应当满足的数学表达式。 、工程上常采用肋片来强化传热。 、换热器传热计算的两种方法是平均温差法和效能传热单元数法。 、由于流动起因的不同，对流换热可以区别为强制对流换热与自然对流换热。 、固体表面附近流体温度发生剧烈变化的薄层称为温度边界层或热边界层，其厚度定义为以过余温度为来流过余温度的处。 、判断两个现象相似的条件是：同名的已定特征数相等；单值性条件相似。 、凝结有珠状凝结和膜状凝结两种形式，其中珠状凝结有较大的换热强度，工程上常用的是膜状凝结。 、遵循兰贝特定律的辐射，数值上其辐射力等于定向辐射强度的π倍。 、单位时间内投射到表面的单位面积上总辐射能为投入辐射，单位时间内离开表面单位面积的总辐射能为该表面的有效辐射，后者包括表面的自身辐射和投入辐射被反射的部分。 二、选择题（每题分，共分） 、下列说法不正确的是（） 、辐射换热不依赖物体的接触而进行热量传递；、辐射换热过程伴随着能量形式的两次转化；、一切物体只要其温度＞，都会不断地发射热射线；、辐射换热的大小与物体温度差的四次方成正比。 、大平板采用集总参数法的判别条件是 （） ．> ． ．< ． ．已知边界周围流体温度和边界面与流体之间的表面传热系数的称为( )

东北大学 热力模拟试验技术与装备——MMS模拟试验机研制

设备才能实现的试验功能，集成为一体，实现一机多功能，极大地提高了试验效率和节约成本，克服了国外同类产品随着实验内容不同，需要更换不同部件的缺点。 国外的热力模拟实验机只能实现加热、拉伸、压缩等功能，在单道次压缩和多道次压缩试验时，需要更换机头（占整体设备的近一半部件），无法同时实现拉伸、压缩等实验功能。MMS 热力模拟实验机可以在不更换任何部件的情况下，就可以进行各项试验，可以模拟温度、应力、应变、位移、力、扭转角度、扭矩等参数，能进行热处理、拉伸、单道次压缩、多道次压缩、平面应变压缩、焊接热模拟、单道次扭转、多道次扭转、静态CCT、动态CCT、动态再结晶等多种实验。特别是拉扭复合、压扭复合大变形实验是MMS 系列热力模拟实验机独有的实验功能，为材料性能的研究开辟了新的方法和手段。试验时，根据不同类型试验的需要，通过液压马达的转动调整半离合器的移动侧和固定侧的相对位置，可以进行不同的试验。当液压马达顺时针旋转时，由于半离合器的啮合作用，移动侧带动二轴向左移动，顺时针旋转到极限时，移动侧被左侧的二轴定位梁挡住，此时可以做拉伸试验；当液压马达逆时针旋转时，由于半离合器的啮合作用，移动侧带动二轴向右移动， 旋转到一定位置后，移动侧的挡柱与固定侧的挡柱接触在一起，由于固定侧的位置不能移动，移动侧不能继续 向右移动，使移动侧带动着二轴与固定侧及液压马达共同逆时针旋转，此时可以做扭转试验或组合连续大变形试验。移动侧与固定侧处于上述两种位置之间的相对位置时，可以进行单道次压缩、多道次压缩、热处理、连铸、焊接、平面变形等试验。3.2精确的温度测量策略保证了试验温度的测量和控制的准确性和精确度发明专利“一种断电采集温度的测量采样方式”针对直接电阻加热时交变电流会在试样周围形成交变电磁场以及交流电的频率变化不规则，严重影响温度测量和控制精度等问题，提出了断电触发采集和采集时刻重置的温度测量策略，保证了试验过程中温度的测量和控制的准确性和精确度。由于在直接电阻加热试样时，有上万安培的交流电流过试样，这样将在试样及其周围空间形成相当强的电磁场，这种强磁场在热电偶回路及测试仪器中产生的干扰信号非常大，不能测量到正确的温度信号。如何实现快速加热过程的精确温度测量与控制，是热力模拟面临的一大难题，本课题采用一种特殊温度测量策略后，顺利解决了该难题。如图2所示，利用每周期可控硅导通前约20°相位角的短暂周期来实现断电采集温度值，采样周期为10ms，在可控硅导通前，试样两端的电压值几乎为零，没有电流流过，所以磁场的干扰很小，这时所测量的温度是试样的实际温度，可达到精确测量温度的目的。3.3高精度高响应的控制系统与应用软件计算机软件著作权“MMS 系列热力模拟试验机应用软件”和“MMS 系列热力模拟实验机焊接热循环计算机应用软件”构建了高精度、超快速响应的控制系统和应用软件。由于采用小试样进行模拟实验，变形过程往往只有20-50ms，需要在短暂时间内精确控制和测量位移、温度、应力等参数，并保持同步，对控制系统要求十分苛刻。采用BP 神经网络PID 控制策略和模糊控制策略，保证了MMS 系列热力模拟实验机的高精度和快速变形的准确性；同时采用试验分类策略，简化了界面复杂程度，使设备操作简单易行。MMS 系列热力模拟实验机的主要性能指标达到或超过国外先进产品，项目成果达到了国际先进水平。实验功能超出国外同类设备，部分主要参数超过国外设备指标。标志着我国在材料热加工领域应用的物理模拟设备开发能力和性能指标已达到国际先进水平，填补了该领域的国内空白，进一步拓宽了材料性能研究的方法和手段，为国内企业和研究院校提供了功能齐全、质优价廉的设备，社会效益巨大，市场前景广阔。表1是本装备与国外先进设备的性能比较。热力模拟试验技术与装备——MMS模拟试验机研制 1项目背景热力模拟试验是冶金材料研究的重要手段，在新品开发和工艺优化中起重要作用。钢铁材料的热力模拟试验是指利用小试样，借助热力模拟实验机，再现钢铁材料在制备或热加工过程中的受热或同时受热受力的物理过程，充分暴露与揭示钢铁材料在该过程中的组织和性能变化规律，评定或预测材料在制备或热加工时出现的问题，为制定合理的加工工艺以及研制新材料提供基础数据和技术方案。利用热力模拟实验机，其一，可通过变化材料的成分开发出具有某种组织特征和结构特征并且符合要求的力学性能、物理性能或具有某种特殊功能的新材料；其二，可通过改变工艺来开发新材料，即将发展新材料与优化工艺技术、优化产品结构结合起来，开发出技术含量高的高、新、精的产品。由于它既可以节省现场工业试验的大量费用、时间和精力，又可以对所要求的各种参数进行精确的测量与控制，为工业大生产过程积累必要的参数，提供指导。热力模拟技术及热力模拟实验机已广泛用于钢铁材料热加工过程的研究，成为开发新材料，测定热加工过程组织演变规律的常用技术与关键设备。当前，在国际上围绕开发具有高洁净度、超细晶粒、高均匀性、强韧性、耐蚀性和经济性的新一代钢铁材料展开了新一轮竞争。我国于1998年启动了973项目“新一代钢铁材料重大基础研究”，于2004年开展了“提高钢铁质量和使用寿命的冶金学基础研究” 等以“新一代钢铁材料的开发”为背景的国家重大基础研究项目，热力模拟实验机已经在其中扮演着重要角色。同时，随着我国从钢铁大国向钢铁强国跨越，需要钢铁研究部门和企业大力开展技术创新，强化开发研究手段，在这过程中热力模拟实验机必将发挥重要作用。除了传统的热力模拟试验之外，为探索获得超细晶粒钢的途径，还需要开展一些现有热力模拟实验机不能完成的新型试验，如多向复合剪切大变形细化晶粒试验等。为此，需要开展相关的应用基础研究，开发新一代热力模拟试验装置，促进我国钢铁研究手段的升级换代。热力模拟实验机只有美国、日本等极少数发达国家能够研制生产，处于高度垄断状态，我国一直无法生产。但是我国是应用热力模拟技术进行研制工作最活跃的国家，国内企业和研究院校对热力模拟试验机的需求很大，本课题就是在这种背景下提出的。2 MMS 热力模拟试验机介绍项目研发始于2000年，历经10多年的积累，先后得到了科技部、教育部、国家自然科学基金等的大力资助。热力模拟实验机是一种综合性高技术含量的大型仪器设备，它融材料科学、传热学、力学、机械学、工程检测技术、自动控制和计算机领域的知识和技能为一体，构成了独特的、跨学科的专业领域；是一个高精度的复杂系统，集机、电、气、液于一体。本项目根据相似理论提出了利用小试样进行性能及工艺模拟的方法，在此方法的基础上，发明了独特的机械结构和控制采集策略，因为有了这些创新性发明，从而解决了热力模拟试验机众多实验功能一体化、压扭大变形实验功能和高精度高响应的控制测量等实践问题。MMS 系列热力模拟实验机是一台高精度、高性能多功能模拟实验机，具有多功能模拟能力和实验能力。可以模拟温度、应力、应变、位移、力、扭转角度、扭矩等参数，能进行多种实验。具体的实验种类包括：拉伸实验；单道次压缩实验；平面应变压缩实验；多道次压缩实验；单道次扭转实验；多道次扭转实验；大变形实验（压扭复合实验）；动态CCT 实验；动态再结晶实验；控轧控冷实验；应变诱导实验；热裂纹敏感性实验（SICO）；应力松弛PTT 实验；零强温度(NST)的测定试验；零塑性温度（NDT）的测定实验；热处理实验；静态CCT 实验；铸造实验；静态再结晶实验；焊接热循环试验；焊接热影响区连续冷却转变试验（SH-CCT 试验）；扩散焊试验；电阻对焊试验；温度应力循环变化疲劳试验。目前，已经具备MMS-100、MMS-200和MMS-300三种型号热力模拟实验机的研发能力，拥有国家发明专利6项，实用新型专利3项，计算机软件著作权2项。已生产不同型号的MMS 系列热力模拟实验机8台。MMS 热力模拟实验机的照片如图1所示。实验设备分别应用于东北大学、济南钢铁集团公司、华菱湘潭钢铁公司、包钢、江西理工大学等地，运行情况良好，在用户中拥有良好的口碑。于2009年通过了由中国金属学会组织的科技成果鉴定。该项目2010年获辽宁省科技进步一等奖；2011年获冶金科学技术二等奖。MMS 系列热力模拟实验机的成功研制与推广应用，标志着我国在材料热加工领域应用的物理模拟设备开发能力和性能指标已达到国际先进水平，填补了该领域的国内空白，进一步拓宽了材料性能研究的方法和手段，为国内企业和研究院校提供了功能齐全、质优价廉的设备，社会效益巨大。同时为研发大型高精尖实验设备积累了经验。3 MMS 热力模拟试验机的创新性成果和主要性能指标RAL 研发的MMS 热力模拟试验机具有以下创新性成果。3.1机械结构与实验功能发明专利“多功能热力模拟实验机”和“一种输出位移和扭转的机械传动装置”所涉及的机械结构与独创的传动装置，使MMS 热力模拟实验机成为一套可以同时实现拉伸、压缩及扭转、压扭复合大变形等实验的高性能、多功能一体化实验装置，将原来国外热力模拟实验机需要多台图1 MMS-200热力模拟实验机照片经验模型。由于轧线上特别是变形区内的一些事件和现象尚未得出完善的理论解释，内的摩擦条件的变化、件的热量传递机制、金属在变形区内的流动规律等；一些常用假设与实际情况存在差异，比如轧辊压扁后仍为圆形假设、平面变形假设；冷却过程中的水冷机制的对流区、核沸腾区、膜沸腾区、小液态聚集区推想等；这些问题限制了数学模型的计算精度与稳定性。层别数据的使用为提高模型的计算精度和稳定性提供了切入点，无论国外主流数学模型还是国内自主开发的数学模型，均采用层别数据机制来构建模型。层别划分过粗则不利于提高计算精度，层别划分过细则提高调试难度，降低模型的使用性能。两者之间需要一种平衡。东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室在充分了解热连轧带钢生产工艺、设备和技术条件的基础上，开发了以粗轧设定模型、精轧设定模型、板形设定和控制模型、机架间冷却设定和控制模型、层流冷却设定和控制模型为核心的一套热连轧带钢过程控制数学模型。从轧制规程、速度制度、温度制度等方面，综合考虑现场条件，实现对热轧带钢产品外形质量和组织性能质量的全面设定和控制。采用钢族形式划分层别，为新产品提供了预留接口和空间，即保证设定和控制精度，又提高了模型的可用性。2.1轧机设定模型轧机设定模型分为粗轧机组设定模型和精轧机组设定模型。其主要功能为设定轧线的压下制度、速度制度和温度制度。轧机设定模型的优劣决定了该轧线产品质量精度、生产效率和流畅性，是轧制过程控制模型的核心。粗轧过程控制系统的模型包括轧件空冷温降模型、水冷温降模型、塑性功温升模型、轧件轧辊接触导热模型、轧件温度分布、变形抗力模型、接触弧长模型、平立轧的应力状态系数模型、平轧宽展模型、立－平轧宽展模型等。粗轧设定模型的主要功能包括平辊规程设定、宽度设定和短行程设定、轧制节奏设定等。粗轧宽度控制包括宽度设定和自动宽度控制两个部分。宽度设定是粗轧过程设定计算的一部分，通过综合考虑厚度压下和宽结合宽度自学习来设定各道次的立辊开口度；自动宽度控制则是在立辊轧制过程中动态修正开制，自动宽度控制的作用范围有限，因此采用立辊的短行程控制粗轧AWC 系统、SSC 技术和主传动交交变频技术的应用，使宽度精度达0-6.5mm 带钢占带钢全长的比例达到95.4％的较好水平（2012年国丰620mm 热轧厂）。精轧模型设定是通过具体的方程式和轧制参数列表因子以及自学习因子相结合，来精确地计算出轧机在穿带时目标厚度和温度下的各机架辊缝、速度及机架间张力基准等。轧制参数列表因子有很多，因此精轧数学模型能够根据热轧板厂的具体产品进行个性化设定计算。精轧机设定规程的目的是计算出一套辊缝参考值，以便在轧机设备允许条件内获得目标厚度的带钢。同时还必须计算出与电机能力相匹配的精轧各机架速度，以保持机架间的恒定秒流量，并获得精轧的目标出口温度。在确保精轧出口温度的前提下，结合机架间冷却技术，设计热轧带钢的速度制度TVD 曲线，如图3所示。精轧机设定模型包括轧制力模型、能耗模型、温度模型、厚度模型、变形抗力模型、辊缝模型和负荷分配算法等子模型。由于现场条件的波动、模型本身对于轧制条件的简化以及模型结构的原因，使模型计算值与实际值之间存在差异，这是过程控制模型的主要参数需要进行自学习的主要原因。通过自学习的方法，可以使控制模型的设定值计算精度满足过程控制的要求。模型参数自学习分为短期自学习和长期自学习。短期自学习用于轧件到轧件的参数修正，学习后的参数值自动替代原先的参数值，用于下一块同钢种轧件，主要是与轧件有关的模型参数自学习。长期自学习用于大量同种轧件长期参数修正，主要是与轧机有关的模型参数自学习。为了保证带钢在精轧轧制过程中的正常轧制，精轧设定模型通过各个功能模块在精轧设定主程序中的相互调用，利用模型中所提供的模型参数、设备参数、轧件参数及相关限制条件，在模型中增加精轧设定所需要的轧制参数实测值的有效性保护，同时充分发挥模型的自学习功能，完成精轧设定模型对轧件在精轧区域轧制规程的设定。现场应用表明，RAL 轧机设定模型具有设定精度高、稳定性好、使用方便等优良特性。 （未完待续）十年来，我国热连轧生产线得到了前所未有的蓬勃发展。新建和改造的生产线的生产能力、设备水平和技术水平均处于世界前列。虽然轧制过程控制系统的硬件仍以西门子、GE、三菱、VAI、达涅利、东芝、西马克等国外公司为主，但已可以实现由国内设计和指定设备选型。相对于硬件，软件的发展更为迅速，现代热连轧控制系统可分为6级控制。其中I 级和II 级控制系统与产品生产和质量的关系最为密切，也是国内研究和开发的重点内容。轧制技术及连轧自动化国家重点实验室（RAL）以国内钢铁行业的大发展为契机，针对热连轧自动化过程控制系统开展了深入细致的研究，开发了成套I、II 级过程控制系统及其相关模型和算法，并将研究成果提供给热连轧带钢生产线的新建和改造现场，实现了科研成果的迅速转化。该控制系统建立在基于Windows 的多进程多线程系统平台之上，采用II 级设定和控制系统与I 级基础自动化相结合的方式，结合离线仿真、理论分析、工艺和设备优化设计、模型参数优化和在线设定、人工智能、数据挖掘、自学习与自适应等多种手段，实现对热轧带钢生产线全线质量指标的全面控制。1系统开发和应用平台系统开发和应用平台基于Windows 系统，具有共享内存的开辟与管理、进程和线程的管理、通过高速以太网实现过程机之间通信、过程机与HMI 服务器之间的通信、过程机与基础自动化及上级系统的通信、控制逻辑、数据的存储与分析、日志报警等功能。为热轧带钢的自动化控制系统提供全面的数据服务和平台支持。RAL 开发的RAS 轧机过程控制系统应用平台的体系结构上分为4层，如图1所示。最下层为系统支持层；第二层为软件支持层，数据中心使用Oracle 9i，系统配置库使用Access 数据库；第三层为系统管理层，由系统管理中心（Manager）和核心动态库负责；最上层为应用层，是系统具体工作进程。平台在进程级上采用一功能模块对应一进程的模式分别负责系统维护、网络通讯、系统的数据采集和数据管理、带钢跟踪和模型计算，如图2所示。RAS 平台的主要技术特点：◆多进程多线程结构，可以更加集中的管理同样类型的任务；◆任务间通讯主要采用的是共享内存+事件触发的模式，这种通讯方式通讯效率快，进程/线程反应速度快，数据完整性更强；◆提供了功能丰富的管理界面，改善了用户的体验效果；◆提供了在线的、实时的日志报警显示模块，操作人员可实时监控平台的运行信息，并提供了方便的日志查询功能；◆多任务间耦合度适中合理，平台部署容易，维护成本低，二次开发工作变得更简单。现场应用表明（2010年思文科德热轧厂；2011年国丰650mm 热轧厂；2011年兴业铜业48#轧机生产线)，RAS 平台的各项指标达到了设计标准，通讯速度快，效率高，数据准确性高，各个任务间负载均衡，平台运行稳定。2主要数学模型热连轧带钢的过程数学模型图2 过程控制平台体系结构图1 过程控制系统分层结构图3 TVD 曲线示意图是轧制自动化控制系统的核心内容。数学模型既为轧线提供工艺规程的设定，也参与关键技术指标的控制过程，通过关键参数的自学习不断提高其设定与控制精度，进而提高轧线整体质量水平与生产效率。轧制过程控制模型建立在轧制理论之上，由于计算速度以及应用性能的限制，目前在轧线上使用的均为在理论基础上得到的编者按：阐述了热连轧带钢生产线控制系统的发展概况。结合基于Windows 过程控制系统，总结了以粗轧机组和精轧机组的轧机设定模型、板形设定控制模型、终轧温度控制模型、卷取温度控制模型为代表的II 级过程控制系统关键模型数学的技术特点，分析了基础自动化控制系统的主要功能与关键技术。介绍了东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室在该领域的研究开发成果及其推广情况，并对该领域的发展前景作出展望。 系统工作进程 应用层（模型、通讯、跟踪、数据库） 系统管理中心 管理层 核心动态库 DBMS 软件支持层 （Oracle、Access） 操作系统 应用层 Windows Server 精轧出口带钢速度，m /s 0 带钢累积轧制长度，m 其他服务器 数据库服务器 其他仪表 HMI 服务器 RAS 过程控制系统 进程间通信 以太网通信 PLC 经验模型。由于轧线上特别是变形区内的一些事件和现象尚未得出完善的理论解释，比如变形区内的摩擦条件的变化、轧辊和轧件的热量传递机制、区内的流动规律等；设与实际情况存在差异，辊压扁后仍为圆形假设、平面变形假设；冷却过程中的水冷机制的对流区、核沸腾区、膜沸腾区、小液态聚集区推想等；这些问题限制了数学模型的计算精度与稳定性。层别数据的使用为提高模型的计算精度和稳定性提供了切入点，无论国外主流数学模型还是国内自主开发的数学模型，均采用层别数据机制来构建模型。层别划分过粗则不利于提高计算精度，层别划分过细则提高调试难度，降低模型的使用性能。两者之间需要一种平衡。东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室在充分了解热连轧带钢生产工艺、设备和技术条件的基础上，开发了以粗轧设定模型、精轧设定模型、板形设定和控制模型、机架间冷却设定和控制模型、层流冷却设定和控制模型为核心的一套热连轧带钢过程控制数学模型。从轧制规程、速度制度、温度制度等方面，综合考虑现场条件，实现对热轧带钢产品外形质量和组织性能质量的全面设定和控制。采用钢族形式划分层别，为新产品提供了预留接口和空间，即保证设定和控制精度，又提高了模型的可用性。2.1轧机设定模型轧机设定模型分为粗轧机组设定模型和精轧机组设定模型。其主要功能为设定轧线的压下制度、速度制度和温度制度。轧机设定模型的优劣决定了该轧线产品质量精度、生产效率和流畅性，是轧制过程控制模型的核心。粗轧过程控制系统的模型包括轧件空冷温降模型、水冷温降模型、塑性功温升模型、轧件轧辊接触导热模型、轧件温度分布、变形抗力模型、接触弧长模型、平立轧的应力状态系数模型、平轧宽展模型、立－平轧宽展模型等。粗轧设定模型的主要功能包括平辊规程设定、宽度设定和短行程设定、轧制节奏设定等。粗轧宽度控制包括宽度设定和自动宽度控制两个部分。宽度设定是粗轧过程设定计算的一部分，通过综合考虑厚度压下和宽度压下对轧件宽度变化的影响并口度以改善轧件全长的宽度均匀性。由于宽度检测仪表的限（SSC）来控制头尾部的宽度均匀性。带钢全长的比例达到95.4％的较好水平（2012年国丰620mm 热轧厂）。精轧模型设定是通过具体的方程式和轧制参数列表因子以及自学习因子相结合，来精确地计算出轧机在穿带时目标厚度和温度下的各机架辊缝、速度及机架间张力基准等。轧制参数列表因子有很多，因此精轧数学模型能够根据热轧板厂的具体产品进行个性化设定计算。精轧机设定规程的目的是计算出一套辊缝参考值，以便在轧机设备允许条件内获得目标厚度的带钢。同时还必须计算出与电机能力相匹配的精轧各机架速度，以保持机架间的恒定秒流量，并获得精轧的目标出口温度。在确保精轧出口温度的前提下，结合机架间冷却技术，设计热轧带钢的速度制度TVD 曲线，如图3所示。精轧机设定模型包括轧制力模型、能耗模型、温度模型、厚度模型、变形抗力模型、辊缝模型和负荷分配算法等子模型。由于现场条件的波动、模型本身对于轧制条件的简化以及模型结构的原因，使模型计算值与实际值之间存在差异，这是过程控制模型的主要参数需要进行自学习的主要原因。通过自学习的方法，可以使控制模型的设定值计算精度满足过程控制的要求。模型参数自学习分为短期自学习和长期自学习。短期自学习用于轧件到轧件的参数修正，学习后的参数值自动替代原先的参数值，用于下一块同钢种轧件，主要是与轧件有关的模型参数自学习。长期自学习用于大量同种轧件长期参数修正，主要是与轧机有关的模型参数自学习。为了保证带钢在精轧轧制过程中的正常轧制，精轧设定模型通过各个功能模块在精轧设定主程序中的相互调用，利用模型中所提供的模型参数、设备参数、轧件参数及相关限制条件，在模型中增加精轧设定所需要的轧制参数实测值的有效性保护，同时充分发挥模型的自学习功能，完成精轧设定模型对轧件在精轧区域轧制规程的设定。现场应用表明，RAL 轧机设定模型具有设定精度高、稳定性好、使用方便等优良特性。 （未完待续）热连轧轧制生产线自动控制系统十年来，我国热连轧生产线得到了前所未有的蓬勃发展。新建和改造的生产线的生产能力、设备水平和技术水平均处于世界前列。虽然轧制过程控制系统的硬件仍以西门子、GE、三菱、VAI、达涅利、东芝、西马克等国外公司为主，但已可以实现由国内设计和指定设备选型。相对于硬件，软件的发展更为迅速，现代热连轧控制系统可分为6级控制。其中I 级和II 级控制系统与产品生产和质量的关系最为密切，也是国内研究和开发的重点内容。轧制技术及连轧自动化国家重点实验室（RAL）以国内钢铁行业的大发展为契机，针对热连轧自动化过程控制系统开展了深入细致的研究，开发了成套I、II 级过程控制系统及其相关模型和算法，并将研究成果提供给热连轧带钢生产线的新建和改造现场，实现了科研成果的迅速转化。该控制系统建立在基于Windows 的多进程多线程系统平台之上，采用II 级设定和控制系统与I 级基础自动化相结合的方式，结合离线仿真、理论分析、工艺和设备优化设计、模型参数优化和在线设定、人工智能、数据挖掘、自学习与自适应等多种手段，实现对热轧带钢生产线全线质量指标的全面控制。1系统开发和应用平台系统开发和应用平台基于Windows 系统，具有共享内存的开辟与管理、进程和线程的管理、通过高速以太网实现过程机之间通信、过程机与HMI 服务器之间的通信、过程机与基础自动化及上级系统的通信、控制逻辑、数据的存储与分析、日志报警等功能。为热轧带钢的自动化控制系统提供全面的数据服务和平台支持。RAL 开发的RAS 轧机过程控制系统应用平台的体系结构上分为4层，如图1所示。最下层为系统支持层；第二层为软件支持层，数据中心使用Oracle 9i，系统配置库使用Access 数据库；第三层为系统管理层，由系统管理中心（Manager）和核心动态库负责；最上层为应用层，是系统具体工作进程。平台在进程级上采用一功能模块对应一进程的模式分别负责系统维护、网络通讯、系统的数据采集和数据管理、带钢跟踪和模型计算，如图2所示。RAS 平台的主要技术特点：◆多进程多线程结构，可以更加集中的管理同样类型的任务；◆任务间通讯主要采用的是共享内存+事件触发的模式，这种通讯方式通讯效率快，进程/线程反应速度快，数据完整性更强；◆提供了功能丰富的管理界面，改善了用户的体验效果；◆提供了在线的、实时的日志报警显示模块，操作人员可实时监控平台的运行信息，并提供了方便的日志查询功能；◆多任务间耦合度适中合理，平台部署容易，维护成本低，二次开发工作变得更简单。现场应用表明（2010年思文科德热轧厂；2011年国丰650mm 热轧厂；2011年兴业铜业48#轧机生产线)，RAS 平台的各项指标达到了设计标准，通讯速度快，效率高，数据准确性高，各个任务间负载均衡，平台运行稳定。2主要数学模型热连轧带钢的过程数学模型图2 过程控制平台体系结构图1 过程控制系统分层结构图3 TVD 曲线示意图是轧制自动化控制系统的核心内容。数学模型既为轧线提供工艺规程的设定，也参与关键技术指标的控制过程，通过关键参数的自学习不断提高其设定与控制精度，进而提高轧线整体质量水平与生产效率。轧制过程控制模型建立在轧制理论之上，由于计算速度以及应用性能的限制，目前在轧线上使用的均为在理论基础上得到的编者按：阐述了热连轧带钢生产线控制系统的发展概况。结合基于Windows 应用平台的I、II 级过程控制系统，总结了以粗轧机组和精轧机组的轧机设定模型、板形设定控制模型、型、卷取温度控制模型为代表的II 级过程控制系统关键模型数学的技术特点，系统的主要功能与关键技术。介绍了东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室在该领域的研究开发成果及其推广情况，并对该领域的发展前景作出展望。 系统工作进程 应用层（模型、通讯、跟踪、数据库） 系统管理中心 管理层 核心动态库 DBMS 软件支持层 （Oracle、Access） 操作系统 应用层 Windows Server 精轧出口带钢速度，m /s 0 带钢累积轧制长度，m 其他服务器 数据库服务器 其他仪表 HMI 服务器 RAS 过程控制系统 进程间通信 以太网通信 PLC 立项建设二十周年 自主创新系列成果（39）东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室（简称RAL ），其前身是东北工学院轧钢实验室， 1991年获批立项建设，1995年通过国家验收，成为我国轧制技术及其自动化领域唯一的国家重点实验室。RAL 秉承“开放、流动、联合、竞争”的运行机制，以国民经济需求为导向，取得了一系列具有自主知识产权的科研创新成果。为庆祝RAL建设二十周年，本报特组织相关报道，以飨读者。图2 温度触发采集原理图表1 MMS 热力模拟试验机与国外同类设备性能比较性能指标MMS 热力模拟实验机美国Gleeble 热力模拟试验机日本富士电波THERMECMASTOR 加热方式直接电阻加热，试样横截面温度均匀直接电阻加热，试样横截面温度均匀高频感应加热，集肤效应，横截面温度不均匀实验功能拉伸、压缩、热处理等一般实验，及焊接热循环、扭转、拉扭复合加载、压扭大变形、超快冷实验不能完成拉扭复合加载、压扭大变形、超快冷实验不能完成焊接热循环、扭转、拉扭复合加载、压扭大变形、超快冷实验最高加热温度1700℃1700℃1500℃最大拉压力196kN 196kN 196kN 最大行程100mm 100mm 100mm 最大加载速度2000mm/s 2000mm/s 1000mm/s 最大应变速率200/s 200/s 100/s 最快加热速度10000℃/s 10000℃/s 2000℃/s 位移控制精度满量程的0.05%满量程的0.1%满量程的0.1%力的控制精度满量程的0.25%满量程的1%满量程的1%温度控制精度±0.5℃±1℃±2℃ 10ms 0 时间，ms 5 0 10 20 T n+1+ — 程序时间，ms 9同步电压，V