薄钢板气体射流控冷结构数值模拟与试验验证

对3种用于薄钢板冷却的气体射流控冷结构进行了数值模拟分析,通过比较气体射流控冷结构内风速流场和钢板温度场,确定单均风板气体射流控冷结构可满足薄钢板淬火要求,且冷却均匀性较好,并进行了试验验证。结果表明:与无均风板相比,设置一个或两个均风板时,工件近壁面风速流场与温度场均匀性得到提高,利用单均风板气体射流控冷结构对钢板进行风冷时,在20 s时工件上存在的最大温度差约为63.8 ℃。在20 s内钢板平均温度从920 ℃冷却至Ms点(412 ℃)以下,最低冷速约为27.2 ℃/s,大于马氏体转变临界冷却速度27 ℃/s,表明单均风板气体射流控冷结构可用于薄钢板气体射流淬火工艺。     

高线控冷冷却器流场仿真研究

采用有限元模拟软件Fluent对Morgan-5代、Morgan-6代冷却器进行了三维流场仿真,研究了冷却器结构变化对其压力场、速度场的影响,通过仿真获得两种冷却器的换热系数,进而对冷却器的冷却能力和冷却均匀性进行评估,得出在相同流量、相同内腔尺寸d=Φ17. 5mm的条件下,Morgan-5代冷却器的冷却能力高于Morgan-6代冷却器,在冷却均匀性方面,Morgan-6代冷却器表现更优。     

流延膜机负压风刀系统流场仿真及结构优化

利用CFD计算软件对流延膜机负压风刀系统流场进行仿真分析,发现用于均匀气流的阻风板和承接板均匀气流的效果不佳,反而在此处产生涡流,阻碍腔体内气流快速排出,影响薄膜受力的均匀性。为此对负压腔室内的阻风板和承接板结构进行优化,结果表明：优化后负压腔室的风量质量流量由0.138 kg/s增加至0.177 kg/s,增长了28.3%,负压腔室流通性增强;入口速度稳定段的速度分布标准差由0.93降低到0.17,入口速度均匀性提高了82%,显著提高了薄膜的受力均匀性。     

动力锂离子电池模块散热结构仿真研究

针对目前动力锂离子电池模块散热困难的问题,以12串10 A·h磷酸铁锂动力电池为研究对象,基于COMSOL MULTIPHYSICS平台建立其三维热仿真模型,并应用红外成像技术进行验证;定量分析不同工况下空气强制对流冷却和冷却板冷却对电池模块散热性能的影响。结果表明:空气强制对流冷却降低电池温度的能力有限,且造成电池模块温度均匀性变差。对流换热系数从5 W/(m2·K)变化至100 W/(m2·K)进行5C放电时,电池模块中心温度仅降低0.2 K,电池温差达到10 K;冷却板冷却具有平衡电池模块温度场的作用,其降温效果和温度均匀性均优于空气冷却时的。5C放电时,电池模块最高温度为318.91 K,最低温度为317.19 K;空气强制对流冷却时,增加冷却板厚度和外部散热翅片的数量都能够降低电池模块温度和均匀性,但在自然冷却条件下该变化不明显。     

汽车空调出风口气流均匀性对冷却性能的影响

采用计算流体力学(CFD)的方法,研究了汽车空调出风口处气流均匀性对冷却性能的影响及其原因。考虑了太阳辐射和人体散热对流场的影响,模拟了2种流量相同而均匀性不同的冷却气流对车室的降温过程。通过对比2种冷却气流的冷却时间、流场组织和温度分布情况,发现均匀性好的冷却气流对车室的冷却性能更好,而且更有利于改善人体热舒适性。结合淹没紊动射流理论,从流体力学的角度分析讨论了产生这种不同冷却效果的原因。     

控轧控冷工艺对汽车大梁板组织及冷弯性能的影响

在攀钢热轧板厂对汽车大梁板进行了控轧控冷试验,分析了终轧温度、轧后冷却方式以及卷取温度对汽车大梁板显微组织及冷弯性能的影响。结果表明：采用较低的终轧温度830 ℃、卷取温度600 ℃以及前段冷却的轧后冷却方式,汽车大梁板的铁素体晶粒细小均匀,珠光体分布弥散,并获得了良好的冷弯性能。     

分流-挤压复合成形模具结构对斜齿轮成形的影响

利用软件Deform建立了圆柱斜齿轮分流-挤压复合成形有限元模型,模拟了不同凸台尺寸的凸模下齿轮热成形过程,研究了不同凸台尺寸对斜齿轮成形的影响规律。结果表明,凸台高度越高,最大成形载荷越小;凸台高度和凸台直径都会影响齿形的最终填充效果,凸台高度较小时,轮齿沿齿向的温度分布均匀性和等效应变分布均匀性较好。     

结构参数对上吹风冷却装置流场性能的影响研究

用ANSYS-FLUENT软件研究挤出联动生产线中上吹风冷却装置的外形结构形式、风源入口方向、出口流道吹风倾斜角度等主要结构参数变化对其吹风性能的影响。研究中以空气为介质得出相关参数变化对上吹风冷却性能的影响规律。结果表明:横截面外形为圆筒形比矩形上吹风冷却装置可实现更均匀的出口速度;风源入口垂直于出口方向更有利于获取较大的出口速度均匀性;出口流道吹风倾斜角为12°时上吹风冷却装置表现的吹风效果最佳。     

宽厚板纵向冷却均匀性的研究与应用

本文对宽厚板纵向温差进行了分析,研究了MULPIC冷却系统的头尾遮挡功能、微加速控制策略对钢板纵向冷却均匀性的控制效果。通过优化工艺及模型参数,提高了钢板纵向冷却均匀性。并将研究结果应用于X70钢板的生产,结果表明,MULPIC冷却系统头尾遮挡、辊道微加速控制参数优化后,提高了钢板纵向温度均匀性,有效改善了钢板强度的均匀性。     

冷却比表面积对高炉炉缸铸铁冷却壁传热的影响研究

基于ANSYS软件,建立炉缸铸铁冷却壁三维传热模型,分析了冷却比表面积对冷却壁传热的影响。结果表明:冷却壁比表面积在0.5增加至1.1时对冷却壁传热影响较大,比表面积在1.1以上时对冷却壁传热影响较小;通过减小水管间距来增大冷却比表面积时,冷却比表面积对冷却壁宽度方向温度分布的均匀性影响较大,而对冷却壁高度方向温度分布的均匀性影响较小;通过改变水管直径来改变比表面积时,冷却比表面积对冷却壁温度分布的均匀性影响较小;炉缸冷却壁冷却比表面积即冷却结构对温度梯度的影响较大,冷却水量对温度梯度的影响较小。最后对几座典型高炉炉缸冷却壁的冷却比表面积进行对比分析,结合数值计算结果,建议将炉缸冷却壁冷却比表面积控制在1.1以上。     

高速线材穿水冷却过程的有限元模拟与分析

高线水冷箱的冷却能力、冷却均匀性、稳定性直接影响控轧效果，是线材控冷的主要控制手段。由于现场测温点安装位置距离水冷箱出口较远，其实测结果不能直接评价水冷箱冷却效果，因此建立了高速线材水冷计算模型，并采用实测轧件温度的方法验证了模型的可靠性；分析了4种不同冷却工艺对φ7 mm 86LX帘线钢线材冷却温降、芯表温差、返红温度的影响。结果表明，减定径入口线材芯表温差随冷却水量的增加而增大，且在冷却水量小于200 m³/h时增加的幅度更为明显；不同冷却工艺下φ7 mm 86LX线材芯表温差在40~131 ℃之间，冷却过度是线材表面形成细晶组织的原因；通过降低轧制速度和减小冷却水量可改善减定径轧制阶段线材温度的均匀性。     

高速燃气喷涂枪用燃油雾化喷嘴结构参数优化

为开发出以航空煤油为燃料的新型高速燃气喷涂枪,需设计出高效的煤油雾化喷嘴.文中提出了一种双气流空气助力雾化喷嘴,并运用计算流体动力学（CFD）模拟技术计算了该喷嘴的气流场,分析了喷嘴主、辅气出口截面积比对雾化气流场分布的影响规律,发现主、辅气出口截面积比增大,气流的喷射锥角相应增大,最大速度减小.综合考虑喷射锥角和气流速度对雾化效果的影响,确定主、辅气出口截面积比在1.01~1.34范围内喷嘴雾化效果较好.利用高速摄像系统对优化喷嘴的喷雾形态进行了试验分析,发现拍摄到的喷雾形态和计算机模拟结果一致,具有良好的雾化效果.     

水口结构对板坯结晶器液面流动行为的影响

针对不锈钢板坯轧材经常出现的夹渣和表面翘皮现象,以实际生产条件为背景,对其连铸结晶器内钢液流动行为与水口工艺的相关性进行了试验研究。基于相似原理建立了相似比0.65∶1的物理模型,对不同浸入式水口结构和浇注工艺参数下的结晶器液面状态进行了流体动力学行为评价与比较优化。其中,主要研究了拉速、浸入深度、水口倾孔倾角(4°、8°、15°)、侧孔形状(矩形、倒梯形)等对结晶器内液面波动和表面流速的影响。结果表明,连铸拉速和水口浸入深度对液面波动的影响比水口结构显著;水口上倾角由4°增大到8°、15°,结晶器表面流速有减小趋势,但因流股冲击深度减小,导致在结晶器弯月面处的波高增大。综合表明,针对实际连铸拉速1.10 m/min的需要,其适宜的水口结构为倒梯形水口侧孔、上倾8°,其在水口浸入深度110~120 mm范围内,液面平均波高为1.1~1.2 mm,平均表面流速约为0.103 m/s。同时用数值模拟方法比较了优化方案和原方案,同样表明优化方案液面较平稳,剪切卷渣概率较低。     

SLM成形中粉末铺展行为的动态数值模拟

激光选区熔化中,粉床的成形会显著影响后续的工艺及最终产品的质量.试验采用离散元法(DEM),对SLM成形过程中的粉末铺展行为以及成形质量进行了动态数值模拟,从致密度和均匀性两方面研究了粉床质量的影响因素.研究结果表明,铺粉速度对粉床质量的影响很明显.铺粉速度、铺粉角度、刮板间隙高度、粉末粒度均对改善粉床的平均致密度和均匀性有着重要影响.铺粉速度越小,粉床质量越高,同时工作效率也越低.随着刮板间隙高度的增加,粉床致密度增大,粉床均匀性降到一个较低的值;粉床致密度随铺粉角度的增大而增大,然后减少,整个粉床的结构均匀性也有类似的变化趋势.增大粉末粒径会导致粉床致密度和粉床结构的均匀性降低.当铺粉速度0.1 m/s,刮板间隙高度90μm,铺粉角度15°,粉末粒径15μm时,粉床成形质量最优.     

带空气柱的旋流器内流场的数值和试验研究(英文)

针对d50 mm水力旋流器内流场,分别进行了基于CFD模拟的数值研究和基于PIV流场测试的试验研究。两种方法对空气柱的研究结果均表明,空气柱在0.7 s左右大致成形,且二者所得空气柱具有相似的特征。流场速度特性研究结果显示,在流场矢量图中,涡流被两种研究方法几乎在同一位置捕捉到;CFD模拟和PIV测试所得轴向速度分布结果也高度一致。用CFD数值研究的方法考察不同参数对流场切向速度和轴向速度的影响结果表明,旋流器内切向速度分布符合组合涡特征;给矿流量增大会使流速增大;增大锥角或者溢流口直径,会加快溢流的排出速度;而沉砂口的变化对流速的影响则很小。     

锆钢爆炸复合板界面波形影响参数研究

为了研究爆炸焊接参数对锆钢复合板界面波的影响,对锆钢进行了小倾角法爆炸焊接,在不同碰撞速度和碰撞角条件下,得到了连续变化的界面波。通过对界面波进行金相显微观察,测量了不同位置界面波的波长和波高。采用SPH无网格方法对小倾角法爆炸焊接过程进行了数值模拟,计算出了不同位置的碰撞速度、碰撞角、比压强。研究表明,碰撞速度和碰撞角是影响界面波形的关键参数,当碰撞速度为493 m/s,碰撞角为9.8°时,开始产生界面波。随着碰撞速度和碰撞角的增加,界面波波长逐渐增加,比波长先减小后增加。     

中厚板轧后冷却圆形喷嘴射流冲击行为分析

在中厚板轧后冷却过程中,喷嘴的射流冲击形式和钢板表面积水层深度对冷却能力有着重要影响。本文利用ANSYS Fluent软件进行模拟仿真,研究了相同口径的圆形喷嘴,在不同倾斜角度、入口速度的条件下,射入不同积水层深度的水流场,分析了水流场中的流速及对钢板表面的冲击压强的变化趋势,得出初始流速、钢板表面积水层深度对射流钢板冷却冲击的影响关系。结果表明：喷嘴倾角越大,初始速度越大,钢板表面的积水层越薄,射流冲击钢板表面的压强值越大,冷却能力越强。     

Effect of pressurizing speed on filling behavior of gradual expansion structure in low pressure casting of ZL205A alloy

The mold filling behavior of gradual expansion structure in low pressure casting was studied by two phase flow model using the Volume of Fluid method, and was verified by water simulation with a Plexiglas mold. To get smooth mold filling process and provide a guide for the pressurizing speed design in the producing practice, the mathematical model with the pressurizing speed, expansion angle and height of the gradual expansion structure was established. For validation experiments, ZL205 A alloy castings were produced under two different pressurizing speeds. Weibull probability plots were used to assess the fracture mechanisms under different pressurizing speeds. Mechanical properties of ZL205 A alloy were applied to assess the entrainment of oxide film. The results show that the filling process of a gradual expansion structure in a low pressure casting can be divided into the spreading stage and filling stage by gate velocity. The gate velocity continues to increase in the gradual expansion structure, and increases with the increase of pressurizing speed or expansion angle. Under the effect of the falling fluid raised by the jet flow along the sidewall, the fluid velocity decreases in the jet zone from ingate to free surface. As such, oxide film entrainment does not occur when the gate velocity is greater than the critical velocity, andthe gate velocity no longer reflects the real state of the free surface. The scatter of the mechanical properties is strongly affected by the entrainment of oxide films.     

导流室设计对薄壁铝型材挤压出口速度的影响

采用基于ALE算法的HyperXtrude软件,模拟薄壁铝合金型材挤压模具导流室各种设计的金属流动情况,分析了各设计参数对金属流速的影响规律,并统计挤出型材断面上挤出方向的流速均方差S.D.作为衡量流速均匀程度的指标。分析结果表明,在设计断面不对称、壁厚不等型材模具时,有时需将型材的质心相对于模具的中心做一定距离的调整。型材断面上各处的壁厚差异和局部质心偏离都对流速有影响,但壁厚差异对于流速均匀程度的影响更大。在模具的型腔内添加阻流块结构,流速均匀程度可大为改善。调节阻流块的宽度、高度、形状、位置等参数,能够完全消除流速不均匀,但如果尺寸调整超过最佳点,流速均匀程度将迅速恶化。根据最优模拟结果对应的设计生产模具,并进行挤压实验,所得型材的尺寸质检合格,模具达到"零试模"要求。