淬火槽内介质流场的数字模拟

应用大型有限体积法软件Fluent6.2分别对空载和加载情况下淬火槽内介质流速场进行模拟计算.模拟结果显示,由于淬火槽内搅拌和均流系统的作用,空载时在中部和上部形成了大片的"有效淬火区",而在槽体底部则形成中心介质流速低、周边流速高的流场分布.加载后淬火槽内介质流场的变化显著.根据零件形状和夹具形式形成了完全不同的流场分布.因此,淬火槽均流装置要依据不同工件和夹具进行有差别的设计.而不能只考虑空载时槽内介质流速的均匀度.     

淬火槽中介质流速的测量及流速场的模拟

为了研究淬火槽中流速场的分布状态 ,提高流体均匀性 ,采用超声波多普勒流速测定仪对螺旋桨搅拌状态下的介质流速进行了测量 ,用有限元法对流速场进行了模拟 ,并根据模拟结果对均流片的设置进行了改进。结果表明 ,试验选用的超声波多普勒流速测定仪及其测量方法适合于测量工业淬火槽的介质流速 ;流速场的模拟可以用于指导淬火槽流速场均匀性的设计     

板坯连铸结晶器喂钢带模拟研究

基于Fluent凝固传热模型,考虑结晶器钢液流动行为,建立了板坯结晶器喂钢带的数学模型,并验证了液-固两相传热熔化模型的正确性,对比了不同喂钢带方式和速度下结晶器内流场、温度场的差异。结果表明,纵向喂钢带会恶化结晶器流场,使结晶器液面流速降低至0.1 m/s,同时钢带未熔长度增加一倍;横向喂钢带对结晶器流场影响较小;钢带喂入速度增加0.6 m/min,未熔长度会增加0.6～0.7 m;不同喂入速度下,结晶器流场变化不大,钢液过热度降低2.04～2.29℃。     

电磁搅拌宽厚板结晶器内钢液流动和液面波动

为合理控制宽厚板结晶器内的钢液流动和液面波动,提高铸坯质量。通过数值模拟的方法研究了2 200 mm×250 mm连铸结晶器内的钢液流动和液面波动行为。考察了搅拌位置对流动和液面波动行为的影响规律。结果表明,电磁搅拌可增强上回流区域钢液流动,有利于均匀钢液成分和温度。电磁搅拌可使水口附近钢液的流速增加约0.04 m/s,增强了对水口附近钢液的搅拌。提高搅拌位置,搅拌产生的水平旋流增强了下返流流速,使熔池内下涡心位置上移。钢液的水平旋流使上返流发生偏转,减弱了上返流流速,降低了对液面的直接冲击,减小液面波动。适当提高电磁搅拌器位置有利于控制液面波动。电磁搅拌器中心位置Y=-0.1 m时,液面波动可由7.5 mm降低到3 mm以内,可减小液面卷渣,流场具有很好的对称性。     

不冷却高速磨削淬火钢

本文列出了用高气孔率砂轮在磨削速度从35m/s到96m/s时不冷却磨削45淬火钢的实验研究.查明了重要规律性随着砂轮速度的提高,所加工零件的温度将减小,同时磨削生产率也随着温度的减小而提高,温度愈小,生产率愈高.     

高拉速薄板坯连铸结晶器钢渣界面波动分析

为应对提高拉速薄板坯结晶器内钢液不稳定行为,以1 520 mm×90 mm薄板坯结晶器为研究对象,利用液面追踪技术VOF方法建模计算,对薄板坯钢渣界面进行了深入研究,实现了对薄板坯连铸结晶器内流体流动及钢/渣界面行为的模拟计算。并结合实际生产工艺,采用1∶1物理模型和数值模拟相互验证,分析了拉坯速度、浸入深度和保护渣黏度种类对结晶器流场及钢渣界面的影响。结果表明,当结晶器钢液面流速为0.20~0.25 m/s,且界面较平稳时,保护渣黏度高于0.237 Pa·s可以适用;当钢液流速为0.25~0.30 m/s,保护渣黏度为0.382 Pa·s时,现场低碳钢卷渣率小于0.5%,表现出良好的抗卷渣能力。     

表面张力对激光焊接熔池及匙孔的影响

基于FLUENT19.0软件,建立了激光焊接热-流耦合模型,对比分析了不同表面张力温度系数(为负值)对熔池流场的影响.结果表明,随着表面张力温度系数的减小,熔池后方顺时针漩涡的流动趋势逐渐减弱,甚至消失,而且焊接飞溅的数量增多.纵截面熔池长度逐渐增加,纵截面熔池流体最大流动速度逐渐增大,熔池横截面的面积逐渐减小.当表面张力温度系数为-2.5×10^-4 N/(m·K)时,熔池长度平均值为3.28 mm、熔池流体最大流动速度的平均值为2.89 m/s、熔池横截面面积的平均值为4.52 mm²;当表面张力温度系数为-3.5×10^-4 N/(m·K)时,熔池长度平均值为3.73 mm、熔池流体最大流动速度的平均值为3.53 m/s、熔池横截面面积的平均值为4.03 mm²;当表面张力温度系数为-4.9×10^-4 N/(m·K)时,熔池长度平均值为4.14 mm、熔池流体最大流动速度的平均值为4.09 m/s、熔池横截面面积的平均值为3.28 mm².     

2.05 m/min高拉速低碳钢FC控流结晶器的应用

板坯高速连铸因具有减少设备投资、增产增效和降低物料消耗的优势而受到越来越多的关注。为解决低碳钢浇铸周期与精炼周期的匹配问题和进一步提高生产效率,某钢厂开展了结晶器电磁制动参数优化的高速连铸工艺技术研究,施加磁场后,随着上线圈电流由模式A增加到模式C,结晶器表面的钢液流速由0.35 m/s减小至0.21 m/s,结晶器内上部流场流速减弱,在高拉速下可明显起到降低表面流速的作用,随着吹氩流量从12 L/min增加至20 L/min,钢液表面流速增加,随着水口浸入深度的增大,结晶器内的流场形态变化不明显,2.05 m/min拉速下夹杂物指数较1.8 m/min拉速夹杂物指数明显降低。     

淬火冷却介质流速对弧齿锥齿轮渗碳淬火热处理的影响

使用流体动力学软件CFX求解淬火槽内淬火冷却介质流场分布,提出了考虑介质流速影响下弧齿锥齿轮不同表面换热系数的表征方法。建立基于多场耦合软件DEFORM-HT的扩散与相变模型,采用数值分析方法反馈介质流速对弧齿锥齿轮冷却特性的影响,给出了齿面、内/外圈和齿轮底面在不同介质流速下温度、马氏体体积分数、硬度及应力的演化规律。结果表明:介质入口流速越快,齿面冷却速率、马氏体体积分数及硬度越高;介质入口流速为1.5 m/s时,内/外圈冷却速率、马氏体体积分数及硬度达到极大值;介质入口流速为2.0 m/s时,齿轮底面冷却速率、马氏体体积分数及硬度达到极大值;介质入口流速对应力状态影响较小,流速越快的部位应力变化幅度及残余应力越大。     

入射角对吹扫喷嘴射流流场的影响

以平整机吹扫系统中三维空气吹扫喷嘴为研究对象,基于流体力学的基本方程和RNG k-ε湍流模型,建立了吹扫射流的数学模型。为了研究入射角对吹扫流场的影响,在其他参数相同的情况下,将吹扫入射角α分别设为90°、60°、45°、30°,借助流体仿真软件对4种喷嘴布置方式下射流流场进行了分析。研究表明:一定的入射角使得更多的气流向前吹,并增大了吹扫速度,但是会降低垂直于钢板的速度分量,削弱气流对钢板的冲击能力,并且会在冲击点下游出现强烈的漩涡流,通过分析可知最佳入射角取45°左右。     

镀锡生产工艺中淬水槽的水流场数值模拟研究

针对软熔工艺中淬水过程对镀锡板的产品质量有着明显的影响,采用计算流体力学CFD软件包中Gambit前处理软件、fluent求解软件和Tecplot后处理软件,对淬水槽进行了网格划分、建立数值模型求解及其后处理,成功地模拟淬水槽水流场.分析了淬水槽水流场Y方向和Z方向的速度矢量分布,确定了淬水槽喷水压力变化对水流场的影响规律.优化出有利于镀锡板产品质量的淬水槽喷水压力为0.38 MPa.     

圆主锌锅流场的物理模拟研究

采用水力学模型试验,针对某钢厂镀铝锌锌锅流场模拟研究。研究结果表明：主锌锅内的流场受钢带拉速的影响。在钢带运动情况下,锌锅内的流体出现明显的分层现象,锌锅内流体混匀时间有明显差异;通过对比实验,确定了拉速对于流场混匀时间起到主要影响,当钢带拉速在140 m/min时;流场效果最佳;通过模拟搅拌对比实验,确定了锌锅内流场的变化受到钢带拉速和搅拌相互作用的影响。根据实验结果,在搅拌作用下,钢带拉速应控制在120～140 m/min的范围内s,流场的混匀时间缩短25%～35%。     

Elucidation of the effect of welding speed on melt flows in high-brightness and high-power laser welding of stainless steel on basis of three-dimensional X-ray transmission in situ observation

This research was performed with the objective of clarifying the effect of welding speed on melt flows during melt-run welding of SUS304 stainless steel plates with a 6-kW power laser beam on the basis of three-dimensional X-ray transmission in situ observation. As welding speed increased from 25 to 250 mm/s, three kinds of welds characterized by porosity formation and no defects or underfilling due to spatters were produced. The average and the maximum values of measured melt flow velocity were 3 and 10 times higher than the welding speed, respectively. Two kinds of circulation flows at the inlet or the tip of a keyhole were confirmed to control heat transfer in a molten pool. It was found that the circulation flows were so sensitive to the welding speed that bubbles resulting in porosity or spatters were often formed. According to X-ray observation of the formation of spatters with tungsten carbide (WC) tracers, as the melt flow rose along the keyhole wall, the velocity was accelerated from 0.24–0.54 m/s near the keyhole inlet. Consequently, the melt flows made the convex surface behind the keyhole grow higher, resulting in spattering.     

底吹气量对中间包钢液流动影响的数值物理模拟

利用水模型和Fluent软件对某厂两流板坯连铸中间包底吹气进行数值物理模拟,研究吹气量对中间包流场的影响.研究得出,不出现卷渣的临界吹气量为0.10 m3/h,此时中间包液面的最大流速达0.45 m/s.未吹气中间包液面的最大流速为0.24 m/s,吹气显著延长钢水在中间包内的峰值时间,但滞止时间和平均停留时间无明显延长.     

Optimum design of flow distribution in quenching tank for heat treatment of A357 aluminum alloy large complicated thin-wall workpieces by CFD simulation and ANN approach

Based on the computational fluid dynamics (CFD) method, a quenching tank with two agitator systems and two flow-equilibrating devices was selected to simulate flow distribution using Fluent software. A numerical example was used to testify the validity of the quenching tank model. In order to take tank parameters (agitation speed, position of directional flow baffle and coordinate position in quench zone) into account, an approach that combines the artificial neural network (ANN) with CFD method was developed to study the flow distribution in the quenching tank. The flow rate of the quenching medium shows a very good agreement between the ANN predicted results and the Fluent simulated data. Methods for the optimal design of the quenching tank can be used as technical support for industrial production.     

工艺参数对铝合金强风冷过程界面换热效率的影响

通过一系列风冷淬火试验,研究了气体高速冲击金属热表面的换热过程,采用反传热法对界面热流密度 (q) 和界面传热系数 (h)进行了求解,探究了试样的表面粗糙度和淬火初始温度、试样表面的冷却介质流量密度对换热过程的影响。结果表明:试样淬火初始温度对风冷淬火界面换热有显著影响,当其从470 ℃增大到520 ℃时,q 和h的最大值增大约50%,淬火表面温度下降到200 ℃的平均冷却速率增大约43%。随试样表面介质流量密度增大,界面热交换呈现出先增大后减小的趋势,即存在一个与最高界面换热效率对应的临界试样表面介质流量密度,且喷射角度越接近90°,该临界值越小。随试样表面粗糙度增大,界面换热不断减小,这可能归因于越粗糙的表面对边界层内流体的钉扎作用越明显,越不利于提高界面换热效率。此外,在250~380 ℃区间,界面换热系数随表面温度变化曲线普遍存在一个凹陷区域,这可能与铝合金淬火冷却过程中二次相的析出有关。     

水口结瘤对板坯连铸结晶器钢水行为影响的数值模拟

以230 mm×1 600 mm板坯连铸机结晶器为研究对象,采用CFD数值模拟的计算方法,建立了VOF模型,研究了连铸水口结瘤对钢渣界面波动与钢液流动行为的影响。研究结果表明,当水口无结瘤时,结晶器内流场为典型的双环流形貌。当水口有结瘤时,结晶器内水口两侧会出现严重的非对称流,结瘤侧流股范围小,非结瘤侧流股范围大。水口不结瘤一侧动能增大导致结晶器下涡心位置下降,会使钢液冲击深度增大;水口结瘤一侧水口因涡心位置较高,加剧了弯月面处的波动和钢渣表面的波动紊乱。结瘤情况下的钢液波动较大,最大波动差为4.03 mm;不结瘤情况下钢液波动较平稳,最大波动差为1.4 mm。     

丝杠用1Cr15Ni4Mo2CuN不锈钢热处理温度场的有限元数值模拟

基于ANSYS有限元平台,结合热物性参数的温度敏感性和现行热处理工艺对1Cr15Ni4Mo2CuN钢不同尺寸丝杠工件在淬火加热和深冷处理过程中的温度场变化规律进行了模拟,通过显微组织观察、XRD和硬度测试分析了不同深冷处理时间下工件的残留奥氏体含量。结果表明,?40、?45和?50 mm工件在1070℃加热时的温度均一时间分别为1100、1294和1446 s;?40 mm工件在-196℃深冷79 s时整体温度降至Mf点以下,此时工件中的残留奥氏体已大量转变为马氏体,硬度明显升高,残留奥氏体含量随深冷时间延长而降低,但深冷1800 s后,继续延长深冷时间时残留奥氏体含量变化不明显。