顶吹浸没熔炼气泡和流体流动行为模拟研究

应用相似原理,建立水模型研究喷枪内旋流器位置和叶片数变化对于熔池搅拌和气泡后座的影响,应用高速摄影机和粒子成像测速系统对喷吹过程中的气泡生成和熔池内流体运动行为进行成像分析。水模拟研究表明,当旋流器叶片数为6片,在距离喷枪端部位置为9 cm时,获得最佳搅拌效果。试验结论比拟放大用于现场喷枪设计,效果改善明显。     

顶吹浸没熔炼流体流场行为的模拟研究

以云南某厂的艾萨炉为原型, 根据相似定理建立1∶10 的水模型, 借助高速摄影机和三位粒子测速仪(PIV)等仪器研究了内置旋流器的喷枪在喷吹过程中对熔体流动行为的影响。研究结果显示: 由于受到旋流器产生的旋流作用, 大气泡在形成过程中会产生偏移, 熔池内的熔体在横向获得速度分量; 喷枪插入深度越大, 熔池内的小气泡越多; 搅拌混匀时间与旋流器距喷枪底部位置有关。     

基于粒子图像测速技术的分银炉内速度场及湍流研究

基于粒子图像测速技术(PIV)研究了分银炉内侧吹、底吹、顶吹3种喷吹方式的速度场分布及湍流动能。结果表明,在所有喷吹气量下,顶吹喷吹时熔池搅拌混匀时间远长于侧吹与底吹。底吹喷吹熔池平均运动速度相对于侧吹喷吹高25%~105%。对比底吹与侧吹,底吹喷吹下湍流动能远远大于侧吹喷吹,侧吹湍流动能为400~500数量级,而底吹湍流动能为10万~百万数量级。     

钛渣喷动床沸腾氯化气固两相流数值模拟

基于双流体模型和Gidaspow方程建立了预测钛渣喷动床沸腾氯化的数学模型。首先,采用经验计算公式得到了钛渣最小喷吹速度和最大喷吹高度,并对最小吹动速度进行了修正;其次,最小喷吹速度和相关边界条件为基础,运用Fluent软件模拟了钛渣喷动床沸腾氯化床内气固两相流的流体动力学特征;最后,分析了不同喷吹速度下气固两相流的流动特征和分区特征。结果表明:Gisher && Mathur公式更适合于钛渣喷动床沸腾氯化的最小喷动速度的预测;修正后的最小喷吹速度能够准确的模拟出钛渣喷动床沸腾氯化气固两相流的流体动力学特征;数值模拟得到的床内流动特征、分区的云图和矢量图、固体颗粒轨迹图和最大喷吹高度与相关研究结果一致。      

煤层气井井筒流动状态研究

煤层气井在开采过程中必定经历气液两相流动阶段,气液两相流动的结果,必然导致煤层气藏压力动态发生变化。论文针对生产井井筒气泡段现象进行描述,分析其产生原因,以及如何通过套压、流量、产量等参数变化识别气泡段;适当控制套压对初见气时井筒流动状态以及气泡段的影响;不同套压对井筒流动状态和对气泡段的影响;针对不同生产阶段的井,依其状态优选合理的套压,总结出煤层气井生产过程中,井筒内气液两相的流动规律,定量地研究井筒内气液两相各参数相互之间的影响和变化,以及这些变化对井筒流态稳定性的影响。     

质子注入单晶硅中的结构演化

采用离子注入技术将大量的质子引入到单晶硅中,通过透射电子显微镜和光学显微镜的观察,在注入质子的硅片中,片状缺陷导致晶格的损伤,退火过程中,质子复合成氢分子并聚集,产生巨大的内压力,在表面产生气泡和裂坑;高温退火容易使氢逸出,导致内部压力的降低,气泡突起变小;质子注入硅片在低温退火后内部形成裂纹,而高温退火内部还形成带有非晶化内壁的空腔结构。     

不同风速下巷道火灾烟气蔓延规律的数值模拟

为分析不同风速对巷道火灾中烟气蔓延规律的影响,以察哈素煤矿运输平巷为研究对象,采用数值模拟软件FLUENT对风速分别为0.5 m/s、1.5 m/s、2.5 m/s、3.5m/s时巷道内火灾烟气的扩散过程和流动规律进行了模拟。结果表明,风速较低时,高温烟气聚集在火源上巷道顶棚附近,同时,烟气会沿着与巷道通风相反的方向流动,发生烟气逆流现象;随着风速的增加,烟气的分层厚度会显著增加,高温烟流会加速蔓延,抑制逆流现象的发生。     

高炉喷吹用煤燃烧过程中氯的析出特性

高炉喷吹用煤在低温燃烧和风口条件下高温快速燃烧过程中氯元素的析出特性差别很大。为对比其差别,对煤燃烧过程中氯的析出机理进行了热力学分析,并试验研究了高炉喷吹用煤低温燃烧过程中氯的析出特性,分析了温度、时间和空气流量对其影响规律。结果表明,低温燃烧条件下,高炉喷吹用煤氯的析出率受温度影响显著。在300～600 ℃内随温度上升,氯的析出率迅速增加,600 ℃时,氯析出率高达90%。继续升温至800 ℃以上时,氯析出率有所减缓;随燃烧时间的延长,煤中氯析出率增大;在500~700 ℃固定温度下,煤粉燃烧过程中氯的析出属于零级反应,其析出的表观活化能Ea为6 691.1 kJ/mol、频率因子k0=3.562;氯的析出率随空气流量的增加缓慢增加。高炉喷吹用煤粉在风口高温快速燃烧时氯的析出率仅在50%左右,远低于其在低温燃烧时氯的析出率。煤粉在高炉中燃烧时部分氯元素滞留在未燃煤粉中,故高炉生产建立煤粉中氯元素检测制度,并使用低氯煤进行喷吹。     

矿井巷道火灾烟气流动影响因素模拟分析

矿井火灾具有连锁复杂性,井下巷道一旦发生火灾,产生的高温有毒有害烟气严重污染井下作业环境,威胁矿工生命安全。结合矿山实际,建立了巷道火灾烟气流动物理模型,运用FLUENT模拟分析了不同巷内风流流速以及火灾规模对巷道火灾烟气流动的影响。结果表明:巷内有毒烟气排出速率随巷内风速增大而增大,减小火灾规模利于降低有害烟气浓度及其温度。     

新型射流气泡发生器的设计与数值模拟

为了提高微细粒矿物的矿化效果，设计了一种含有振荡腔的新型气泡发生器，并将引入气液两相流可以在较低音速下流速实现超音速流动的理念。通过理论计算得出：在工作压强为0.1 MPa,气液体积比为1∶1的条件下，气液两相流混合体达到超音速流动的临界流速为20 m/s。运用Fluent软件对新型气泡发生器进行气液两相流数值模拟，得到了其内部流体的速度和体积分布规律。模拟结果显示，液相最高速度为20.7 m/s,气相最高速度为24.2 m/s,但是只有在气含率达到50%左右时，才能在扩散管末端产生激波振荡现象。这说明气液两相流超音速流动不仅和速度有关，也和两者之间的比例有关。超音速流动的过程中会伴有激波的产生，可以形成能量较高的湍流，使气相和液相充分混合，提高矿化效果。     

基于CFD的气液两相射流引射器设计模拟研究

文章采用Fluent模拟软件对气液两相引射器的最优尺寸进行了数值模拟研究,并分析了引射压力和出口背压对引射器工况的影响。研究结果表明:引射器内射流喷嘴直径受流场发育情况、压力特性曲线和气相体积浓度等因素的影响和制约,综合考虑这四种因素,确定了喷嘴直径范围为16~20mm;当引射压力一定时,随着出口背压的增大,气相流量、气相浓度和出口流速均逐渐减小;当出口背压一定时,射流气相浓度随引射压力的增大呈逐渐上升趋势。     

冷喷涂Cu粉气固两相流数值模拟研究

通过在冷喷涂条件下对喷枪内部流场进行数值模拟,得到气相流场中温度场、压力场和速度场分布,给出了气固两相流场中颗粒相轨道化描述。结果表明:气体温度和气体压力在喷管中先升高后降低,气体速度在喷管中持续升高,颗粒温度和速度表现出与气体良好的跟随性,先急剧升高后稳定升高,故适当提高气体预热温度能更好地提高颗粒的入射速度和得到较高的沉积率。     

短回转窑-立窑型废线路板高温焚烧冶炼炉

针对传统冲天炉或鼓风炉焚烧废线路板有毒害尾气氧化不完全而存在的排放黑烟、排放恶臭性气味等环境污染问题,研发一种由短回转窑和立窑组成的废线路板高温资源化处置炉。短回转窑完成废线路板粉料喷射燃烧和金属熔炼,立窑完成尾气充分氧化。半工业性试验表明,烟气中无苯类化合物成分,二噁英含量0.02 TEQng/m3,烟气林格曼黑度1,炉渣浸出液无毒性,无需额外燃料。证实了废线路板高温焚烧冶炼处置的可行性,高温焚烧能从源头上消除二噁英形成所需的前驱物质,处置炉优化思路是集成高温焚烧、低NOx焚烧、炉渣贫化冶炼和烟气干法急冷等技术。     

新型蒸发室进液支管出口气含率分布的数值模拟

针对易起泡物料在蒸发浓缩过程中经常出现"爆沸"的问题,提出了一种新型的蒸发室结构。利用STAR-CCM+软件对新型蒸发室进液支管出口的气含率及其随支管入口流速、入口气液比、支管管径的变化特性进行了模拟。结果表明,气含率径向分布均匀程度随着支管管径和入口气液比的增加而先增加后降低,随着支管入口流速的增加而降低;大气泡在支管出口形成细小均匀的气泡,能够降低"爆沸"发生的倾向。     

起泡剂作用下悬浮液中气泡的上升特性研究北大核心

利用高速摄像技术研究了起泡剂作用下悬浮液中气泡上升时的行为特性。观察在起泡剂作用下气泡脱离管口后0~100 ms内气泡上升形态与尺寸的演变过程,对比分析了正戊醇、聚乙二醇200和甲基异丁基甲醇三种起泡剂对固液悬浮液中气泡上升特性的影响规律差异,揭示了不同正戊醇浓度对悬浮液中气泡形态、尺寸、运动速度和上升轨迹的影响规律。研究结果表明,三种起泡剂相比,正戊醇抑制气泡形变,减小气泡尺寸,降低气泡垂直速度,抑制气泡水平运动,规范气泡上升轨迹的能力强于其他两种起泡剂;随着正戊醇浓度的增大,对气泡上升时的形变、尺寸、垂直速度、水平运动、上升轨迹的作用增强,但效果不明显;在同一正戊醇浓度作用下,增加颗粒浓度以及减小颗粒粒度会使气泡上升时的形态趋于球形或椭球形,气泡尺寸增大。     

金属铀电子束熔炼实验及数值模拟研究

采用有限元方法对金属铀电子束熔炼过程进行数值模拟,研究了熔炼过程温度场分布。结果表明,单电子束枪熔炼时,熔池中的等温线近似呈半椭圆形,随着电子束功率增加,熔池温度增大,坩埚中被熔化的金属增多。采用双电子束枪熔炼时,可以获得更均匀的温度场,且当电子束功率大于25 kW时,可获得较大的熔池深度和宽度。根据数值模拟结果开展贫化铀电子束熔炼试验,获得的贫化铀铸锭中夹杂物主要集中在铸锭边缘,夹杂物含量明显降低。     

喷嘴螺旋倾角对雾化性能影响的试验研究

通过试验研究以理解螺旋喷嘴的雾化性能。利用激光粒度分析仪和高速摄像机试验研究了喷雾锥角,喷嘴流量,喷雾射程,粒子速度,雾滴的平均直径(SMD)等性能参数。结果表明,在同一喷射压力下,液体的喷射距离、喷嘴出口雾化角和雾粒的轴向速度都随着喷嘴螺旋倾角的增大而减小,然而,喷嘴流量和雾粒SMD随着喷嘴螺旋倾角的增大而增大。在系统喷射压力为2 MPa时,螺旋倾角对喷嘴流量的影响最小,其减小幅度仅为0.004 L/s;且在距喷嘴口25 cm处,30°螺旋喷嘴在系统压力为3 MPa时,雾粒SMD最小,最小为30.04μm;在系统喷射压力为3 MPa时,螺旋倾角对雾粒轴向速度的影响最大,其速度变化幅度为10.3 m/s。     

文丘里热解反应器内气-液两相流动特性的数值模拟研究

利用CFD软件Fluent 14.5， Standard k-e湍流模型、Eulerian多相流模型以及能量方程，对从氯化镁热解制备氧化镁的文丘里热解反应器内的气-液两相流进行了数值模拟研究，通过多组模拟最终确定了实验模拟的最优工艺条件。结果表明，熔融氯化镁入口温度的改变并不能改变反应器内流场的分布规律，只是相应提高了反应器内整体温度，而熔融氯化镁入口速度的变化以及喉管与引流管间夹角的变化都能较大程度上影响反应器内的流场；喉管与引流管的夹角为75°，氧气入口速度为0.5 m/s，熔融氯化镁的入口速度为0.9 m/s。     

艾萨炉铜熔炼烟道结渣的矿物学分析

艾萨炉铜熔炼过程中因烟道结渣造成刮板磨损严重,烟气流通受阻,影响生产效率和稳定性。从工艺矿物学角度,通过考察艾萨炉余热锅炉水平烟道产物中主要元素铜、铁、硫等的赋存状态,以及结渣的物相组成和结构特征,对烟道结渣原因进行分析。结果表明,烟道结渣中铁酸铜、赤铁矿、磁铁矿、冰铜及硅酸盐玻璃相含量明显偏高,且常以核的形式黏附并胶结硫酸铜形成硬度相对较高的结渣,这主要由生产过程炉渣、冰铜的强烈喷溅所致,又因烟道气流温度及含氧量偏高,使结渣反复黏附并二次反应而不断长大。依据研究结果,通过在生产中控制艾萨炉喷枪流量及炉内负压,适当降低烟尘温度,并扩大垂直烟道直径等措施,有效改善烟道结渣问题。