FTSC结晶器内钢渣两相运动行为的数值模拟

利用VOF方法建立两相湍流瞬态流动模型对FTSC结晶器内钢-渣界面运动和钢液流场分布进行了数值模拟计算,考察了水口结构、拉速对钢液流动及钢渣界面运动行为的影响作用。计算结果表明：采用不同结构的4孔水口进行浇注时,在结晶器内宽面方向一侧形成数量不等、位置不同的回流区;结晶器内的钢渣界面形状及出现液面裸露的位置由于水口结构的不同均有所差异。     

板坯连铸结晶器内钢液流场的数值模拟

以计算流体力学理论为基础,利用Fluent软件建立了连铸结晶器内钢液流动的三维数学模型,运用模型低雷诺数方程对板坯结晶器内钢液的流场进行了模拟研究.通过数值计算研究了水口浸入深度、拉坯速度等上艺参数对结晶器内钢液流动状态的影响,为优化结品器内的钢液流场分布、合理设计连铸结晶器装置和指导实际生产提供了依据.     

圆坯结晶器内钢液流场的数值模拟

电磁搅拌特性直接影响着结晶器内钢液流动行为。基于包含电磁力的Navier-Stokes方程,采用数值方法研究了电磁搅拌作用下的钢液流场。数值结果表明:电磁搅拌下圆坯结晶器内钢液所受电磁力呈轴对称分布,其值从圆坯边缘到中心逐渐递减,施加电磁搅拌后,钢液的冲击深度减少,结晶器液面流速增加。     

板坯连铸结晶器内部流场的数值模拟

连铸结晶器作为控制钢水清洁度的最后环节,结晶器液面波动不仅影响连铸生产的稳定性,还会引起卷渣、拉漏、钢水裸露氧化等。本文采用数值模拟方法,利用Fluent软件的k-ε湍流模型对板坯结晶器内钢水流动状态和液面波动规律现象进行模拟研究,分析了拉速和吹氩量对结晶器内流场的影响。结果表明:随着拉速的不断提升,钢液对铸坯窄面冲击深度不断增大,结晶器内自由液面表面流速增加,液面波动加剧;氩气量增加,钢液对铸坯窄面的冲击位置上移,液面波动剧烈程度增加,容易导致结晶器卷渣和钢水裸露氧化。     

水口结瘤对结晶器流场影响的物理模拟

以某厂板坯结晶器为原型建立1：1的物理模型,通过监测液面波动,研究浸入式水口结瘤物对结晶器流场造成的影响。实验结果表明：水口结瘤物的存在会导致结晶器水口两侧流场的明显不对称,水口堵塞侧钢液更多集中于结晶器上部,下回流占据区域较小;未堵塞一侧漩涡卷渣出现的频率较高;较大拉速下,随着水口倾角的增大,液面平均波动逐渐减弱;拉速提高会造成水口两侧平均波高的差距变大,结瘤物脱离水口后液面恢复稳定的时间延长;结瘤物脱离瞬间会导致流场迅速恶化,影响铸坯质量。     

不同拉速条件下FTSC结晶器内钢液流动行为的物理模拟研究

通过物理模拟研究FTSC结晶器内的钢液流动行为,考察了拉速对结晶器内液面波动、液面裸露、卷渣及夹杂物去除的影响作用。实验结果表明:在本实验条件下,使用4孔水口浇注会在FTSC结晶器内水口一侧形成4个明显的回流区。随着拉速的增加,结晶器内液面波动逐渐加剧,出现液面裸露及卷渣的几率逐渐增大,夹杂物的去除率逐渐减小。     

水口长度对结晶器流场数值模拟的影响

为了论证通过缩短甚至忽略水口长度来减少网格数量,减少工作量对于结晶器流场模拟的准确性,采用Fluent流体力学软件对方坯连铸结晶器内钢液流动进行了数值模拟。研究结果表明:水口长度的改变对结晶器流场的计算结果有较大影响,水口长度由1 000 mm到0 mm时,水口出口最大流速降低了17.3%;液面最大流速降低了4.27%;冲击深度变深了1.32%;涡心高度变深了3.45%。水口长度1 000 mm时,钢液流股在水口出口处,仍没有充分发展,为保证模拟计算的准确性,推荐使用原型水口长度。     

板坯连铸机内钢液流动和夹杂物行为

采用数值模拟方法研究了板坯连铸机内钢液流动和夹杂物传输行为。数值结果表明，由于夹杂物的上浮速度远小于钢液流速，因此钢水的流动直接影响着结晶器内夹杂物分布。夹杂物具有与钢液流场相似的上下两个回流区的结构；在液面处，大粒径夹杂物的浓度较大；在窄面处，小粒径夹杂物的浓度较大。     

高压底吹条件下钢液流场的物理模拟

通过物理模拟对高压底吹条件下钢液流场进行研究,分析了压力、底吹流量和底吹位置对钢液流场的影响。研究表明,当压力由常压增加到1.5 MPa时,钢液流场的涡旋中心下降0.6 cm;偏心底吹比中心底吹更适合钢液的搅拌和混匀;底吹流量的增加有利于钢液的混匀。     

150 mm×150 mm断面小方坯结晶器电磁搅拌磁场与流场耦合的数值模拟研究

以国内某厂150 mm×150 mm断面小方坯结晶器电磁搅拌器为研究对象,建立了描述小方坯结晶器电磁搅拌过程的电磁场与流场耦合的三维数学模型,并采用有限元软件进行求解。研究了电磁搅拌电流和频率对结晶器内钢液流动的影响规律。研究结果表明:随搅拌电流的增大,钢液的切向流速增加,上部环流区缩短,下部旋转流动区域上移并扩大,搅拌电流和频率对钢液流动的影响相反;在电磁搅拌过程中,电磁搅拌使结晶器内钢液产生旋转流动阻止过热钢液下移,减弱冲击深度,使热区明显的上移。     

单嘴精炼炉吹氩喷嘴个数对钢液流场和循环流量影响的数值模拟

为了研究在相同真空度和相同吹氩流量的条件下喷嘴分布方式对单嘴精炼炉中钢液的流场和循环流量的影响,基于欧拉-欧拉双流体模型,采用商业软件CFX对150t单嘴精炼炉的精炼过程进行了数值模拟。结果表明：单喷嘴和双喷嘴下钢液流场保持对称结构;单个喷嘴下钢液流场为一侧上升流,另一侧为下降流结构;单个喷嘴时循环流量最大。     

内装式整体浸入水口在方坯连铸机的应用实践

通过对浸入式水口堵塞机理的分析研究,提出改变外装式分段水口为内装式整体浸入水口的方案,同时进行水口几何尺寸及材质的优化选择.改进后的水口在实际生产中.连铸结晶器液面波动次数减少70％,钢中非金属夹杂物缺陷率由2.91％下降为0.5％.     

广西钢铁方坯连铸高效生产的实践

针对广西钢铁方坯连铸机投产初期拉速达不到设计要求、铸坯内裂、脱方、漏钢等问题,通过开发高效结晶器、高压密集型喷淋技术、密集型高拉速配水模型、高拉速保护渣及低过热度浇注等工艺技术与实施相应的改造,使小方坯连铸机拉速从2.8 m/min提高到3.8 m/min,最大拉速达到4.0 m/min。     

电弧炉用氧技术的多相流数值模拟研究

对150 t电弧炉冶炼过程中单支氧枪供氧流量分别为500,1 450,1 800,2 000 m<'3>/h时氧气射流冲击熔池进行了三维三相流数值模拟.模拟研究表明,随着供氧流量的增加,熔池中钢液和渣液的流动速度、裸露钢液面面积及射流的冲击深度均增大.由数值模拟和水模得到的供氧流量与射流冲击深度的规律得到了很好的吻合....     

基于X射线成像的喷油嘴内流特性试验

通过同步辐射X射线测量技术，开展了直喷汽油机喷油嘴实际针阀运动过程中的内流与液核破碎的试验观测研究．在不同X射线光源参数下对内流流场进行了连续图像拍摄，确定了最优拍摄技术方案．分析了不同喷射压力、不同喷孔结构下内流随针阀特性的变化规律，进而讨论了内流对射流液核破碎的影响．结果表明：随着针阀开度的增加，喷孔内会快速地形成挑射液流．挑射液流的宽度与喷孔入口的角度有关，与喷射压力无关．其原因与所采用喷油嘴的长径比较短有关．挑射液流会加速射流的液核破碎过程．喷孔内挑射液流的宽度增加会引起射流宽度的增大．     

SWRCH35K冷镦开裂原因分析及控制措施

SWRCH35K钢规格Φ6.5mm盘条在生产标准件过程中出现冷镦开裂现象,通过对开裂部位高倍及扫描电镜检测分析,并对夹杂物进行能谱分析,发现造成Φ6.5mm规格盘条开裂的主要原因是内部夹杂,夹杂物的主要成分为保护渣。通过结晶器自动加渣和开浇的自动液面稳定、浸入式水口插入深度等措施杜绝结晶器内卷渣,有效改善冷镦开裂现象。     

内燃机缸套-活塞环摩擦副激光表面微造型模拟与试验研究

以内燃机缸套-活塞环摩擦副系统为对象,对单脉冲同点间隔多次激光微造型的热作用过程进行数值模拟和试验研究,获得了激光脉冲次数和激光功率对45#钢靶材表面微凹腔形貌的影响规律。仿真和试验结果表明:随着激光脉冲次数的增加,微凹腔深度不断增加,金属熔液的重铸现象明显,表面加工质量下降;随激光功率的增加,微凹腔的深度增加幅度不大且趋于平缓,微凹腔外沿金属残渣增多,加工质量下降,光斑中心温度近似线性增加;在相同工况条件下,微凹腔的深度仿真结果与试验结果趋势基本一致,最大误差在8%以内,证明了该数值模拟方法的可行性和有效性。     

水平轴风力机叶尖翼型截面流场的试验研究

利用线式互相关粒子图像测速(PIV)系统和轴编码器锁相技术,测量了不同尖速比下旋转水平轴风力机叶尖处的流场,获得了风轮叶尖处的瞬时速度场,并通过Tecplot软件处理得到了相应的时均速度场、速度云图及流线图.对瞬时图分析可知:在同一尖速比下,叶尖涡的出现使速度亏损值增加,风轮功率下降;在高尖速比下,流场中叶尖涡出现频率较高,有明显的旋涡结构出现,但随着尖速比的减小,叶尖涡出现的频率降低,只有形成的趋势,在尖速比λ-4的工况下,没有完整的涡出现.通过分析时均图表明:随着尖速比的增加,上游空气通过叶尖后的动能损失增大,叶尖尾迹区内的速度亏损范围增大.     

四流方坯连铸机中间包控流装置的研究

采用商业软件进行数值模拟和水模实验,考察了不同控流装置对南钢四流大方坯连铸机梯形中间包内钢液流动特性的影响,确定出湍流控制器+导流墙+坝的最佳控流方式.结果表明,原型中间包存在较大的死区,且各流间的流动特性差异较大,尤其是近水口的2流、3流存在明显短路流,不仅造成包内钢液温度分布不均匀,也不利于夹杂物的上浮,影响铸坯洁净度.采用优化后的组合控流装置能够显著改善中间包内钢水的流动状态,使钢液在各流间合理分配,并延长了钢水的平均停留时间,提高活塞流体积分率,降低死区体积分率,均衡了各流间的温度分布,有利于促进铸机生产顺行和铸坯质量的提高.     

新型径向流动全钒液流电池单元数值模拟北大核心CSCD

全钒液流电池因其选址自由、效率高、寿命长以及安全性高等特点,广泛应用于大规模储能领域,然而现有电池结构单一,无法满足储能领域高速发展的需求。为提高全钒液流电池电化学性能,采用数值模拟方法,针对新型径向流动全钒液流电池单元,建立电池单元内部电化学反应与热质传递耦合作用数学物理模型,获得了不同电解液进口数量下新型电池单元内部多物理场耦合输运特性分布规律,包括电解液速度场、压降、离子浓度以及电极电势的分布规律。结果表明,电池电解液进口数量的增加,可以有效改善电解液在多孔电极内的输运性能,提升多孔电极内部离子浓度分布均匀性,削弱离子浓度极化现象,提高电极电势,增强电池性能。同时,在多孔电极入口处设置电解液分配管,可以有效减小电解液流动阻力,提升电解液分配均匀性,进一步提升电池性能。仿真模拟的研究结果可为全钒液流电池结构的优化设计提供参考。