双阴极静电除尘器仿真优化模型与试验验证

为改善线板式静电除尘器对PM_2.5细颗粒物存在穿透窗口问题,提高其对超细颗粒物的收集效率,本文采用有限元法分析和模拟双阴极静电除尘器内流场、电场、颗粒荷电及颗粒运动等物理场的耦合过程;使用泊松方程、偏微分方程描述电场,利用标准k-ε湍流模型描述流场,采用Lawless模型描述颗粒荷电方式,并用拉格朗日模型描述颗粒运动状态;在Comsol仿真平台上搭建双阴极除尘器模型,进行双阴极提高静电除尘效率研究。数值模拟结果表明：在同一放电极电压下,随着颗粒入射速度的升高,电致离子风对流场里的颗粒总体速度影响逐渐变弱,这使得流场里的颗粒的速度差异变小;随着辅助阴极电压的上升,不同入口速度的各种粒子到达集尘板所需的水平位移逐渐变少;当粒子入射速度为0.5 m/s时,对比无辅助极板增加辅助阴极电压至-25 kV,可以使0.1～1.0μm细颗粒物的集尘效率达到98.5%;当粒子入射速度为0.5 m/s时,在同一辅助阴极电压下,放电极电压从-20 kV增加到-25 kV,可提高0.1～1.0μm细颗粒物的集尘效率达25%。     

基于Rosin-Rammler函数的数值模拟对旋风除尘器粒径分布规律的研究北大核心

将试验室的一组颗粒进行筛分,运用Rosin-Rammler分布函数对所得到的颗粒累积粒径分布进行拟合,计算所得结果与实际的粒径分布具有较好的拟合性。将计算得到中位径和传播系数代入到fluent中进行数值模拟,得到的不同粒径的颗粒分布与试验数据有较好的吻合性,从而说明该颗粒分布模拟的可靠性;通过计算分级效率可以得出除尘器捕捉5μm以上的颗粒效率较高,与试验较为吻合,同时该结论为旋风除尘器不同粒径的数值模拟提供了参考依据。     

气流分布对电除尘器影响的数值模拟

气流分布状况是影响电除尘器除尘效率的因素之一,采用数值模拟的方法对电除尘气流分布进行研究,流场的模拟采用标准k-ε双方程,数值计算采用SIMPLE算法.结果表明,在电除尘器进口端设置三层分布板,气流分布呈均匀状态;进口速度15m/s时,除尘效率达到最高;在相同进口风速下,电除尘器若只在进口处布置一块气流分布板,开孔率30%-40%最优;在气流均匀分布的基础上,分布板采用进口上小下大,出口上大下小开孔率形式布置,可以有效形成斜气流.     

轴向流吸附器内部流场特性

以轴向流吸附器内部流场为研究对象,采用CFD软件对其内部气体流动特性进行数值模拟.比较轴向流吸附器内无气体分布器、仅加装单一多孔板气体分布器、加装多孔板气体分布器与单级挡板相结合等3种方式对吸附器内部流场均匀分布的影响.未加装气体分布器的轴向流吸附器内部气流分布严重不均;仅加装单一多孔板气体分布器的轴向流吸附器内部流场的气体流动稍有改善,但气流分布仍不均匀;加装多孔板气体分布器与单级挡板相结合的方式,吸附器内部流场的气体流动得到明显改善.多孔板气体分布器与单级挡板组合使用时,保持气体分布器开孔率不变,开孔孔径为0.003 m时气流分布最为均匀,效果最好;保持开孔孔径不变,气体分布器的开孔率为0.388时气流分布最为均匀.      

电渣重熔精炼过程数值模拟研究进展

摘要：电渣重熔技术在高品质特殊钢的生产中占据重要地位。由于电渣重熔过程的复杂性以及现场测量条件的限制,数值模拟已成为解析其过程现象和机制的必要手段。主要综述了电渣重熔过程数值模拟的研究进展,包括电磁场、流场、传热、凝固、宏观偏析、精炼反应和夹杂物去除等,还涉及到了导电结晶器、旋转电极、加压电渣重熔、电渣接续制备双合金和电渣重熔回收不合格电解金属锰等电渣冶金新技术的数值模拟研究。利用数值模拟可以准确掌握重熔过程中多物理场的耦合作用规律,进而预测电渣锭成分分布,优化电渣锭质量,推动电渣冶金技术的发展。     

组合桨液相搅拌槽内流动特性的实验研究及数值模拟

采用粒子图像测速技术(PIV),对直径为0.19 m的三层组合桨(HEDT+2WH)搅拌槽(直径为0.48 m)内的流场进行了实验研究,并利用标准k-ε模型对相应的流动特性进行了数值模拟.实验结果表明:通过改变层间距、顶层桨的浸没深度及上两层桨的操作方式可以得到4种不同流型,每种流型内循环结构的数目各不相同;上两层桨下压式操作时,流场的循环结构最少,只有两个;高速区和高能量区的分布相同,都位于各个桨叶的射流区内,且底桨射流区内的速度值和湍流动能值都大于上两层桨.模拟结果表明:标准k-ε模型对流场的预测较为准确,但对于有5个循环结构的流型模拟误差较大;湍流动能分布型式的模拟值与PⅣ实验结果吻合较好,但数值偏低,表明标准k-ε模型在预测复杂流型时需要改进;功率准数的模拟值与实验值基本一致.     

超音速微粒轰击表面纳米强化多通道喷嘴气固双相流的数值模拟

采用气固双相流模型（离散相模型）研究了超音速微粒轰击表面纳米强化多通道耦合喷嘴的流场,通过计算,分析了气固两相速度场以及固体颗粒在气体流场中的轨迹。模拟结果发现,气体—颗粒双相射流中,气固两相射流速度均可以达到超音速,而且颗粒相的分散度小于气体,粒径小于5μm的颗粒相其分散度随颗粒粒径增大而减小,大于5μm的颗粒相其射流分散度基本稳定,颗粒相粒子集中在各通道射流中心线附近。最佳表面纳米强化处理距离在120 mm附近。模拟结果有助于设计面向大规模表面纳米强化处理应用的多通道耦合喷嘴。     

T型结晶器电渣重熔复合轧辊渣池热电场的数值模拟

针对自耗电极环形焊接、T型结晶器抽锭电渣重熔制备复合轧辊的过程,利用ANSYS软件,建立了三维有限元模型,对渣池中的电位、电流密度和温度场的分布,以及电极位置变化的影响进行了数值模拟。计算过程采用热电耦合法,并考虑了电场的集肤效应。模拟结果表明,集肤效应的最强位置和最大电流都集中在自耗电极的表面;高温区在自耗电极和辊芯之间;电极位置的变化对渣池的电流密度分布影响比较大,当自耗电极与辊芯的距离增加10 mm时,渣池内最高温度降低20 K,上层渣池的平均温度有所提高。最后对数值模拟结果进行试验验证。     

基于数值模拟的镍基高温合金电渣重熔工艺优化

利用MeltFlow软件对镍基高温合金电渣重熔过程进行数值模拟计算,探究了电渣重熔过程中温度场、流场、熔池形貌及微观组织的分布特点,通过工业试验验证模拟的准确性,定量分析熔速对熔炼过程的影响规律,提出了一种改善铸锭凝固质量的工艺优化方法.结果 表明,渣池内的温度相对较高且分布均匀,熔池形貌近似"V"型.铸锭一次枝晶间距...     

磁场形式及参数对单纤维捕集钢铁行业粉尘中PM2.5性能影响

目前钢铁行业已成为大气污染防治的重点,为解决现有钢铁行业对于PM_2.5细颗粒难以捕集的难题,实现粉尘的超低排放。基于CFD-DPM（computational fluid dynamics-discrete phase model）方法对磁性纤维产生的磁场以及高梯度磁场等不同磁场形式下单纤维对钢铁行业捕集PM_2.5性能的影响进行研究,通过X射线衍射图谱分析可知钢铁行业生产过程产生的粉尘因含有Fe₃O₄以及单质Fe而具有磁特性,进而提出了利用磁场来增强单纤维捕集PM_2.5性能的方法. 计算结果表明,在运动轨迹方面,磁性纤维产生的磁场会在纤维周围形成引力区,高梯度磁场会在纤维周围形成2个引力区和2个斥力区;在捕集性能方面,当粉尘粒径d_p为0.5～1.0 μm,入口风速v≤0.2 m·s?1时,高梯度磁场下磁性纤维的捕集能力要强于单一磁性纤维的捕集能力,若磁场强度H=0.5 T,磁感应强度B=0.01 T,v=0.1 m·s?1,高梯度磁场可以使单纤维的捕集效率提高为传统单纤维捕集的28.32倍,若B=0.01 T,v=0.1 m·s?1,磁性纤维产生的磁场可以使捕集效率提高为传统单纤维捕集的4.037倍;在磁性纤维产生的磁场中,当磁感应强度B≥0.03 T时,磁性单纤维对PM_2.5的捕集效率随着入口风速的增加而减小,后趋于稳定,当B<0.03 T时,捕集效率随入口风速逐渐减小;捕集效率随粉尘粒径的增加而增大. 而对于高梯度磁场,单纤维对PM_2.5捕集效率同样随着入口风速的增加而减小,当v>0.4 m·s?1时,捕集效率为0,B越大,捕集效率下降越快;捕集效率随着粉尘粒径增大呈现先增加后减小的趋势.      

电渣重熔工艺中渣金两相的流动、传热及凝固

本文利用计算流体力学方法对电渣重熔过程中的渣相和金属相流动、传热以及相变进行了耦合数值模拟计算.通过分析结果,得到了电渣重熔过程中的温度场分布、流场分布以及其中的凝固情况.并在此基础之上,通过改变熔速来查看其对电渣重熔结果的影响,发现金属熔速增大,会使金属熔池内的温度普遍提升,金属熔池液变得更深更宽.     

不锈钢板中锰、钛、铝、铌夹杂物的原位统计分布分析

采用金属原位统计分布分析技术研究了系列不锈钢板中Mn,Ti,Al,Nb等类夹杂物存在的类型及状态,夹杂物的含量、组成、尺寸及位置分布等。该系列不锈钢样品中,各夹杂元素的分布具有不同的特点:Mn元素的大颗粒夹杂多位于板的中心部位;Ti,Al夹杂在整个横截面内分布则比较均匀;Nb大颗粒夹杂倾向于板的上、下表面附近及中心处。通道合成技术研究表明:Mn夹杂颗粒主要以硫化锰的形式存在;Ti夹杂主要以碳硫化钛的形式存在。给出了各类夹杂物的含量、粒度分布、平均粒径及20μm以上大颗粒夹杂的比例。综合分析和评价了各样品中夹杂物存在的种类及数量。该原位统计分布分析方法应用于不锈钢板中夹杂物的分析结果与传统的方法如金相、扫描电境等具有很好的一致性。     

辊芯表层电渣加热渣池热电场及影响因素的数学模拟

在建立辊芯表层电渣加热物理模型和数学模型的基础上,利用大型有限元软件ANSYS对辊芯表层加热系统中渣池热电场及影响因素进行了模拟研究。研究结果表明,在辊芯表层和电极之间存在一个强电流区,使辊芯表层被快速加热;随着电压的升高、渣池深度的增加和电极与辊芯间距的减小,渣池中的电场强度和整体温度升高,高温区集中在辊芯与电极之间;电极数量越多,系统的电场分布越均匀。     

超细铜粉的新型电沉积制备及表征

采用对电解液进行超声分散的新型电沉积法,制备超细铜粉,借助X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和激光粒度分析(SL)对所得粉末进行表征,研究电解液中Cu2+浓度对粉末形貌、粉末粒径以及电流效率的影响,深入探讨粉末的形成机理.结果表明:所生成的粉末为fcc结构的单质铜;取决于乳化液中表面活性剂的分布,粉末具有鱼骨状和不规则状两种形貌;随着电解液浓度从0.03 mol/L增加到0.09 mol/L,铜粉的平均粒径从0.92 μm线性增加到1.8 μm,电流效率从65.5%线性提高到91.3%.     

基于机器学习的间歇式电沉积制备W@Cu核-壳粉体模型的构建与应用

W和Cu两相的均匀分布对获得高性能W-Cu复合材料至关重要。本文主要研究基于机器学习的间歇式电沉积制备W、Cu均匀分布的W@Cu粉体模型的构建与应用。首先,建立间歇式电沉积制备W@Cu核-壳粉体的机器学习模型,确定核-壳粉体理论镀层厚度与电流、电沉积时间、待镀粉体粒径和承载量之间的关联,然后在承载量为1 000 g的装置中进行实验验证。将W@Cu核-壳粉体在1 375℃下进行无压烧结,研究成形压力对W-Cu复合材料致密度、烧结收缩率和电导率的影响。结果表明,在电流密度为7 A/dm²、电沉积时间为6 h时,实际镀层厚度为3.93μm,与理论镀层厚度3.15μm相符。提高成形压力有利于获得高致密度、低烧结收缩率的W-Cu复合材料。同时,核-壳粉体在显微组织中形成Cu的导电通道,有利于复合材料电导率的提升。     

耗散型浸入式水口对1270 mm×150 mm板坯结晶器流场优化

针对某钢厂1 270 mm×150 mm板坯结晶器生产中存在的液面波动问题，改进了浸入式水口结构，并分析改进后的浸入式水口对结晶器流场的影响。研究结果表明，改进水口后结晶器内部流场分布更加合理，表面流速降低，最大表面流速由0.414 m/s减小到0.365 m/s,降低了11.8%。速度场分布的粒子图像测速(PIV)结果与数值计算结果基本吻合，验证了数值计算结果的精确性。最后分别采用原型水口和改进后耗散型水口进行了结晶器油层波动水模拟试验，结果表明采用改进的耗散型水口后，不同拉速下的最薄油层厚度均远远大于原型水口，能够保证油层覆盖液面不裸露。当拉速增加至2.0 m/min时，采用原型水口最薄油层厚度仅为0.005 m,而采用耗散型水口时最薄油层厚度仍有0.015 m。采用新型耗散型水口能够有效降低结晶器自由液面波动，防止钢液二次氧化的发生。研究结果可为优化结晶器水口结构提供参考。     

电渣重熔渣系对C-HRA-3耐热合金夹杂物的影响

本文利用10 kg级保护气氛电渣重熔炉，研究了两种电渣重熔渣系对C-HRA-3耐热合金电渣锭夹杂物数量、尺寸、分布规律的影响。结果表明，60%CaF₂-20%Al₂O₃-10%CaO-10%MgO渣系的液相线温度为1 417℃，新型50.4%CaF₂-26.1%Al₂O₃-19.5%CaO-4%MgO渣系的液相线温度为1 324℃，且固液两相区的温度区间较窄，液态熔渣的电阻率高，可实现C-HRA-3合金电渣重熔的高熔速稳定冶炼。两种渣系冶炼的电渣锭中，夹杂物主要包括氧化物、碳氮化物和硫化物等类型，电渣锭边缘位置夹杂物数量与自耗电极相近，电渣锭边缘到中心位置夹杂物数量呈现出逐渐减少的趋势。两种渣系冶炼的电渣锭中，氧化物夹杂的平均尺寸分别为3.019μm和2.341μm。新型渣系冶炼的电渣锭中，沿径向不同位置处，尺寸>3μm的氧化物夹杂数量占比均更小，对C-HRA-3合金大尺寸氧化物夹杂具有更显著的去除效果。     

超音速火焰喷涂焰流和粒子流的数值模拟研究

本文采用FLUENT流体力学数值模拟软件,以自行研发的TJ-9000型喷涂系统为基础,基于有限体积法,根据流体力学建立数学模型,对采用该系统喷涂制备WC-12Co涂层过程中的焰流及粒子流飞行传热过程进行了仿真模拟。TJ-9000型HVOF系统以氧气为助燃气体,丙烷为燃料。氧气与丙烷的总质量流速Q一定时,其质量比n与焰流的温度和速度呈抛物线的变化关系。当Q=16g/s,n=3.0时,焰流温度能达到3000K以上,焰流速度1800m/s左右;并且在自由射流阶段的前半段和靠近基体的位置存在较大的径向焰流速度。研究发现小粒径的粒子温度和速度的变化对焰流都具有很强的跟随性,表现为升得快也降得快。由于焰流的湍流特性和径向速度的存在,粒径小于20μm的粒子会随焰流一起沿径向飞行而不能到达基体。粒径太大则熔化程度太低从而降低涂层的结合强度。本文选用的WC-12Co颗粒的最适宜粒径分布范围为20～40μm。     

基于GaN材料的特高压输电线路的验电标识

研制了一种无机材料构成的验电标识,放置在导线周围,通过电场驱动电子的运动,促进载流子复合,进而使材料发光,从而判断带电情况,其作为验电标识使用非常便捷.选取了氮化镓GaN材料进行研究,以GaN、InGaN等材料为基础,通过溶胶凝胶法、气相外延等方法制备接触层、基片层、材料层等结构,进而获得了验电标识,该验电标识的发光层是具有多量子肼结构的纳米棒阵列.然后对其进行了电学光学性能参数测试,获得了有关特性曲线,通过Ansoft-maxwell有限元软件进行仿真,分析材料在特高压输电线路周围的电场分布,通过试验分析验电标识发光所需求的电磁环境.最后模拟导线现场进行测试.研究表明,该低场致发光特性的验电标识具有发光功耗低,发光明显等优点,其处于所在区域的电场强度达到1.2×106V·m-1以上时,可激发发光,此时所注入电流约为1.1 mA.通过仿真和试验分析可知带电特高压输电线路周围的空间电场强度满足验电标识发光指示的要求,同时空间杂散电流和材料本身的电容效应提供注入电流.该验电标识通过材料本身发光特性来指示带电状态,安装在距离特高压导线轴线13 cm及以内的范围即可实现验电,通过封装具有较好的耐候性能,同时避免了复杂的电路装置验电存在易受电磁干扰,可靠性差等问题.      

方圆坯六流中间包控流装置的数值模拟与现场试验

基于数值模拟方法,对方圆坯弧形六流中间包在采用不同控流装置下进行模拟研究。数值模拟结果表明安装有导流孔"V"型挡墙+湍流器+挡坝控流装置的中间包更能有效地减少作用于弧形壁面的切应力、优化中间包流场、均匀温度分布、促使夹杂物去除。现场应用结果表明,采用所推荐控流装置的中间包,其相邻流温度均匀,温差均小于5 K,且最大平均温差仅为2.7 K;37Mn2平均总氧量T[O]为17×10-6;铸坯中氧化物夹杂物控制在50μm以下。