FTSC薄板坯连铸用两种浸入式水口的水模型

为分析结晶器内液面波动和流动规律,基于相似原理,采用1∶1水模型,通过着色流体观察流体流动方式和采用DJ800水工数据采集系统对结晶器内液面波动进行测量,对比研究FTSC薄板坯连铸在2种不同结构的浸入式水口(SEN)工作时拉坯速度对结晶器内液面波动的影响关系。结果表明:在结晶器宽度、SEN类型、浸入深度相同时,随着拉速增加结晶器液面波动幅度增大,2孔SEN相比4孔SEN的最大波高更小,在高拉速时更适用;在大断面1.5m生产时,2种SEN的最大波高均有所增大。4孔SEN比2孔SEN多形成2个对称成略带向上角度的上部流股,从而多形成2个旋转流区。     

电磁软接触连铸圆坯结晶器磁场分布数值模拟研究(Ⅱ)——结构参数和操作参数的影响

系统地研究了三维圆坯连铸结晶器内磁场分布,分别考察了结晶器切缝长度、切缝宽度、切缝数和结晶器壁厚等结构参数,钢液液面高度、电流强度等操作参数对结晶器内磁场分布的影响.切缝长度从130mm增加到220 mm,磁感应强度最大值从0.056 T增加到0.071 T;切缝宽度从0.3 mm增加到1.1 mm,磁感应强度最大值从0.058 T增加到0.089 T;切缝数从8增加到32,磁感应强度增加明显,32后不再明显;结晶器壁厚从10 mm增加到19 mm,磁感应强度最大值降低近50%;钢液液面应该位于线圈中心位置从而获得最大磁感应强度;磁感应强度最大值随电流强度线性增加.     

薄板坯连铸工艺因素对结晶器非稳定流场特征参数的影响

利用波高仪和粒子示踪法在1∶1的水力学模型中研究了薄板坯连铸工艺参数对结晶器内非稳定流场特征参数的影响.结果表明:流场特征参数随时间变化具有一定的周期性.随着拉坯速度增加,平均射流撞击位置下降,平均回流区中心深度下降,平均波高增加;同时,撞击点、回流区中心深度和波高的变化范围增大,周期减小,结晶器内流动不稳定程度增大.随着水口浸入深度增加,平均射流撞击位置下降,平均回流区中心深度下降,平均波高减小;同时,撞击点、回流区中心深度和波高的变化范围减小,周期增加,流场不稳定程度减小.随着水口出口角度增加,平均射流撞击位置下降,平均回流区中心深度下降,平均波高减小;对于较大的水口出口角,尽管结晶器内流场非稳定流动范围较大,但是流场的运动周期较大,液面波动的非稳定程度却较小.     

电磁结晶器内钢液面高度变化对电磁力分布的影响

通过建立软接触电磁结晶器内钢液所受电磁力计算的三维有限元数学模型,模拟分析了结晶器内钢液面高度变化对钢液所受电磁力分布的影响.结果表明:钢液柱侧表面所受电磁力沿高度方向的最大值出现在钢液面以下5-6mm处.当钢液面在线圈中心以上5mm处时,钢液所受电磁力达到最大值.当钢液面高度在线圈中心与线圈高度3/4之间时,钢液柱侧表面所受电磁力沿高度方向上的最大值变化幅度不大;但当钢液面高度高于线圈3/4处对应高度后,随钢液面升高,电磁力大幅度衰减.因此,欲使钢液柱侧面受到的电磁力大且波动小,则结晶器内钢液面高度应控制在线圈中心与线圈高度3/4之间.     

薄板坯连铸浸入式水口的结构优化

针对薄板坯连铸的生产条件,采用正交设计的水模型试验和数值模拟,通过测量结晶器液面波高和注流冲击深度,研究了浸入式水口出口面积比、出口倾角、浸入深度和拉速对结晶器流场的影响.结果表明,浸入式水口出口面积比为1.4、出口倾角为50°、浸入深度为240mm时,可以满足高拉速生产的需要.     

凝固坯壳对高拉速板坯连铸结晶器液面特征的影响

采用1:1的水模型研究了高拉速条件下凝固坯壳对结晶器内的流场与液面特征的影响.结果表明:考虑凝固坯壳时结晶器内的流场出现了轻微的不对称现象,在高拉速条件下(2.4m·min^-1),有坯壳时结晶器液面最大平均波高与表面流速比没有坯壳时分别大31%和35%.对比有/无坯壳条件下自由液面形状可知:考虑凝固坯壳之后的液面变形程度比没有考虑时更大,更易导致卷渣的发生.液面波动的功傅里叶变换分析表明:考虑坯壳之后结晶器液面的高频率波动的振幅大于无坯壳的情形,所以考虑坯壳之后由于结晶器下部内腔变小,更多的流股能量集中在上回流区,使得上回流的湍流程度比无坯壳时要大,进而导致了液面波动与表面流速的增大.因此,为了缩小与实际连铸过程的差别,在高拉速的物理模拟中有必要考虑凝固坯壳的影响.     

结晶器振动对连铸坯初始裂纹形成影响

简要分析了振动结晶器内弯月面坯壳受力研究现状,归纳了坯壳初始裂纹的形成原因.在此基础上提出描述伴随结晶器振动的弯月面坯壳受力模型,阐述振动周期内初凝坯壳力学状态.分析表明,振动特定时段内,结晶器振动引起施加于弯月面处初凝坯壳上的机械应力为148.4 k Pa,而该温度下坯壳高温临界断裂强度仅为119.1 k Pa,结晶器振动产生的机械应力超过临界断裂强度时极易引发初始裂纹的形成.当结晶器振动速度大于1.61 m·min~(-1)时弯月面处坯壳初始裂纹开始形成,且产生于钢水自由液面以下2.15~5.4 mm位置范围.     

板坯连铸结晶器数值模拟

运用Fluent 6.3对板坯连铸结晶器进行数值计算,研究拉速、水口浸入深度及水口开口角度对流场的影响.结果表明:对于断面1400 mm×230 mm结晶器,随拉速增加,液面最大水平和垂直流速均增加,而窄边冲击点的位置基本不变,随距液面距离增加,窄边速度先增加后减小,直至趋向于零;当拉速超过1.2 m.min-1时,液面水平速度增加明显.随水口浸入深度增加,液面最大水平流速减小,浸入深度超过140 mm时,最大水平流速变化不明显;垂直于液面方向的最大速度逐渐增加;对窄边冲击点影响较小.随水口开口向下角度增加,液面最大水平流速减小后增加,水口开口向下12.5°时液面最大水平流速最小,而水口开口向下10°～12.5°时窄边冲击点速度最小.     

基于 PIV 技术的板坯连铸结晶器内钢水流动行为研究

利用粒子图像测速技术,以200 mm×2040 mm板坯连铸结晶器为原型,建立1：4水模型进行实验,对结晶器内钢液流动形态、流速及各流态所占比例、液面波动、以水口为中心结晶器两侧对称点速度随时间的变化、水口两侧液面水平流速、水口两侧对称位置液面至结晶器底部垂直方向速度和钢液对两侧窄面的冲击深度进行系统地研究和分析,并对比拉速的影响.研究表明,粒子图像测速技术不仅可以测量结晶器内流场流速,还可以对流场对称性进行全方位、多角度定量分析,为研究连铸参数变化,比如拉速、水口结构和水口浸入深度,对板坯连铸结晶器内钢液流动及对称性的影响提供一种较为精确的方法和思路.通过分析得出,在本实验条件下拉速0.5 m·min-1优于0.6 m·min-1.     

F数计算及其与板坯连铸结晶器内钢水卷渣的关系

为了控制板坯连铸结晶器内钢水的卷渣,提出一种用结晶器流场数值模拟计算结果对前人研究出的液面波动指数F数进行计算的方法,研究了F数与液面波动及板坯浇注工艺参数的关系.研究表明:从结晶器流场的数值模拟计算结果中调用相应的计算F数所需的参数,可以方便地计算出F数.调整浇注工艺参数将F数控制在3～5就可以将液面波动控制在±(3～5) mm的合理范围内,从而减小或避免结晶器内的卷渣.     

公路声屏障降噪性能数值模拟及结构优化

为提高公路声屏障的降噪性能,从声波绕射和反射两个角度考虑,通过声学有限元法(finite element method,FEM)分别探究声屏障顶端类型和表面扩散体间距、宽度以及高度对声屏障插入损失的影响,基于以上分析,提出一种适用于治理公路交通噪声的复合结构声屏障。结果表明,改变声屏障顶端和扩散体结构,对低频噪声影响较小;对于中、高频段,90°夹角的Y型声屏障降噪效果较好,在1 250～2 000 Hz频段内其插入损失较其他顶端类型可提升13 dB;当频率在1 000 Hz附近时,增加矩形扩散体的宽度、高度和间距可提高声屏障降噪效果;针对主要集中在800～1 250 Hz的公路交通噪声,设置复合结构声屏障可有效抑制声影区噪声辐射,附加扩散体后的复合声屏障与Y型声屏障相比,其插入损失最大可提高6 dB。     

新型电磁制动漏斗形结晶器内复杂行为的数值模拟

针对漏斗形结晶器的不规则外形开发了新型电磁制动装置,建立了三维物理模型和数学模型.分别借助ANSYS模拟了电磁场,FLUENT模拟了钢液湍流、传热以及凝固.磁场计算结果通过线性插值导入流场,采用等效比热容法处理潜热.钢液拉坯速度为5.5 m/min,水口浸入深度为300 mm.研究了新型电磁制动装置相对结晶器的位置高度和磁动势对钢液流场、温度场及凝壳的影响.结果显示,新型电磁制动装置上表面距离自由液面为250 mm时的制动效果要好于300 mm的情况.对于所选取的流场参数而言,磁动势为8 kA.n即可,磁动势过大会消耗更多的电能,造成不必要的浪费.     

流化床粗煤泥分选床层特性

在自制LCH-2400型流化床分选机机体内,通过分层采样分析,研究流化床粗煤泥分选过程中的流态化特性。实验结果表明:当上升水流速度是13.94 mm/s时,分选密度1.62 g/cm3,实验指数n值为2.34,流化床层中粗煤泥形成了高度为200 mm的矸石层、1 800 mm的过渡层和100 mm的精煤层,矸石层中大于1.8 g/cm3密度级含量是80.1%,小于1.3 g/cm3密度级含量是4.96%,形成了有利分选的矸石层,为分选机高效分选创造了条件。     

几类典型轧辊横移变凸度辊型的比较与分析

以典型的轧辊横移变凸度辊型,如基本CVC辊型曲线、优化设计的CVC辊型曲线及SMARTCrown辊型曲线为研究对象,从辊型曲线设计、轧制过程中轧辊所受轴向力及无载辊缝凸度等方面进行比较分析.结果表明:当板宽位于800~1 600 mm区间时,采用优化设计得到的CVC辊型曲线会获得较小的轴向力;相对于CVC轧辊而言,SMART Crown无载辊缝在带钢两肋波浪敏感区要大一些,故在控制带钢的双边浪缺陷上具有一定的优越性.     

刚性植物对波浪特性影响的试验研究

根据室内波浪槽试验,研究了在规则波作用下,刚性植物带的宽度、入射波高、周期对波浪反射、透射、衰减效果的影响;并拟合了反射、透射、衰减系数的表达式。试验表明:在水深、植物高度、密度、排布方式不变的情况下,植物带的宽度越长,波浪的反射、衰减越明显;透射波越小,但速率呈递减趋势。入射波高、周期对三个系数均有影响,但周期的影响更明显。     

软接触结晶器结构对磁场分布影响的实验研究

为了设计具有合理结构的软接触结晶器 ,研究了开缝数、开缝宽度、感应线圈与结晶器相对高度等对磁场的影响 ,考察了在不同条件下软接触结晶器内磁场分布规律 .结果表明 :增加开缝数不但能提高结晶器的透磁性 ,而且能使轴向磁场沿圆周方向分布更加均匀 ;开缝宽度对开缝处轴向磁场影响较大 ,而对其他位置的影响不明显 ;轴线上轴向磁场强度的最大值位置和最大值分别随感应线圈上升分别上移和增大 .     

微通道内纳米流体换热与压降特性

为研究微通道换热和压降特性的影响因素,在当量直径分别为0.923 1,1.333 3和2.000 0 mm的矩形微通道内,以0.1%和0.5%(体积分数)的Al2O3-H2O纳米流体为实验工质,进行无相变以及沸腾传热与流阻特性实验研究,分析雷诺数对努塞尔数和单相流动压降的影响。研究结果表明:增加纳米粒子体积分数对摩擦压降影响较小,而努塞尔数则得到较大提高;在2.0 mm宽槽道内,纳米流体的换热系数比水的换热系数高18%;而0.6 mm宽槽道的换热系数比2.0 mm宽槽道的换热系数提高了近2倍;随着槽道尺寸的减少,摩擦压降显著增大;当雷诺数为800时,0.6 mm和1.0 mm宽槽道摩擦压降分别是2.0 mm宽槽道摩擦压降的23.3倍和4.4倍;热流密度和质量流量增大都将导致摩擦压降增大。     

实验室造波设备及波浪模拟技术的探讨

介绍了实验室的造波机系统和造波特性及其在模型试验中的应用,并讨论了实验室内模拟海浪的检验标准及其方法,水槽模拟海浪的检验结果表明,本造波机系统能够准确地模拟波浪,规则波的叔高横向误差小于２％,波高重复误差小于１．２８％,周期重复误差小于０．２％;不规则波的平均波高误差小于４．８７％,平均周期误差小于４．５９％,波高重复性误差小于１．８７％,波高横向误差小于３．７１％,波谱拟合较邹,均满足“波浪模型     

红树林生态系统中潮滩与植物消浪特性试验

采用室内水槽物理模型试验研究了潮滩、植物和红树林生态系统的消浪特性，量化了潮滩对红树林生态系统波高衰减的贡献。结果表明：随着植物淹没度的增大，潮滩、红树林生态系统的波高比均逐渐增大，即消浪效果越来越弱，而植物的波高比则是先减小再增大，水位在树冠中心时消浪率远高于其他植物部位；随着相对波高的增大，潮滩的波高比先稳定在1.0附近然后再减小，红树林生态系统的波高比逐渐减小，而植物的波高比先减小再增大；随着波长与植物带宽度的相对宽度增大，潮滩的波高比先略减小再增大，但多数稳定在1.0附近，而植物与红树林生态系统的波高比先增大再略微减小；潮滩对红树林生态系统波高衰减贡献随淹没度减小逐渐增大，最大可达63%;波浪在红树林生态系统传播过程呈非线性衰减，单位长度的波高衰减率在植物带前1/4宽度远大于后3/4宽度。