连铸板坯结晶器流场的数值模拟

板坯结晶器液面流速对保护渣熔化、坯壳均匀性都有着较为重要的影响.使用瞬态数模模拟的方法对板坯结晶器内钢液流动进行研究,通过对比结晶器液面平均流速,评价了不同参数对结晶器流场的影响.结果 表明,水口倾角由20°将至10°时,表面流速平均值由0.192 m/s增加至0.211 m/s,表面流速提高,有利于保护渣的熔化和流场...     

电磁搅拌作用下弧形结晶器流场的数值模拟

研究了双侧孔浸入式水口条件下,弧形结晶器内流场受电磁搅拌作用的影响。建立了圆坯连铸结晶器电磁搅拌过程的电磁场和流场数学模型,分别采用有限元和有限体积法进行数值求解,讨论不同电参数下结晶器内流场分布特点。结果表明：电磁力在水平面沿圆周方向呈非对称分布,竖直面上呈“中间大,两头小”分布;电磁搅拌作用使得结晶器内流场除出现上回流区外,还产生主回流区和下回流区,促进钢水流动,有利于等轴晶的形成和热传递;励磁电流强度是影响电磁搅拌作用的主要因素,频率的影响效果有限,最佳搅拌参数是[I＝200 A,][f＝3 Hz。]     

漏斗形结晶器液面流场物理试验与数值模拟分析

当FTSC薄板坯连铸机生产拉速提高到4～6 m/min时,浸入式水口通钢量增加,结晶器内流场扰动加剧,卷渣率提高,对生产顺行及铸坯质量都将产生重大影响。因此,为了解结晶器液面流场,根据实际生产情况,制作了1∶1的结晶器水物理模型,并通过Fluent软件对结晶器液面流场进行了数值模拟,研究了水口浸入深度及拉速对液面流场的影响。结果表明,在水模型物理试验中,水口浸入深度恒定为130 mm时,拉速在4～6 m/min范围内,结晶器表面流速随着拉速的提高而增大,其最大值范围为0.401～0.693 m/s;在6 m/min恒定拉速下,水口浸入深度在130～190 mm范围内,结晶器表面流速随着水口浸入深度的增加而减小,其最大值范围为0.503～0.690 m/s。在数值模拟中,水口浸入深度恒定为130 mm时,拉速在4～6 m/min范围内,结晶器表面流速随着拉速的提高而增大,其最大值范围为0.50～0.75 m/s;在6 m/min恒定拉速下,水口浸入深度在130～190 mm范围内,结晶器表面流速随着水口深入深度的增加而减小,其最大值范围为0.65～0.75 m/s。结晶器表面流速随着距水口中心距离的增大有先增加后减小的规律。     

电磁环境下板坯结晶器内钢水流场的数值模拟

以2150mm板坯连铸机为研究对象,在商业软件CFX平台上对结晶器内钢水流动和液面波动过程进行了静态电磁场下的数值模拟与分析,重点研究了两种环境(有电磁制动与无电磁制动)下钢水流动状态的变化,对电磁环境下结晶器内钢水流动做出了较为详细的预报。     

小方坯连铸结晶器内注流偏流流场的数值模拟

对国内某钢厂165mm×163mm小方坯不锈钢连铸机弧形结晶器建模,利用CFX软件模拟了水口沿连铸机径向向内弧侧偏离不同距离后结晶器内钢液流场和液面波动情况。结果表明,水口沿连铸机径向向内弧侧偏离结晶器入口几何中心12mm时,注流对结晶器外弧侧凝固坯壳的冲击减弱,同时结晶器内内外弧侧向上回流的钢液均能到达弯月面处,结晶器内钢液流场分布更加合理。     

板坯连铸结晶器内钢液的三维流场数值模拟

采用数值模拟的方法,建立了描述某厂结晶器内钢液流动的数学模型;用有限体积法求解,研究了结晶器内的钢液流动行为,详细分析了结晶器浸入式水口(SEN)插入深度、侧孔倾角和拉速对结晶器内钢液流场的影响.得出了适合该厂连铸工艺条件的浸入式水口形式和拉坯速度,即水口合理的出口倾角应为向下15°左右;在水口结构一定条件下,水口插入深度140～170mm比较适宜;合理的拉速应控制在1.4～2.0m/min.     

水平连铸圆结晶器冷却水套流场数值模拟

运用标准k-ε湍流模型对五种不同冷却水出入口结构的水平连铸结晶器冷却水套内冷却水流场进行了计算.通过对五种结构的计算结果进行比较得出,为了提高冷却水对铸坯冷却的均匀程度,在设计冷却水套时应让冷却水垂直于结晶器的轴向切向进入水套,并且采用多入口沿结晶器周边均匀分布的方式.如本试验中的第五种四入口切向进入的水套就明显优于其他几种结构的水套,且其制造工艺并不复杂.     

数值模拟研究钢液入口速度对结晶器流场的影响

在连续统一模型的基础上，建立描述反向凝固结晶器中的流动与传热的数学模型，利用有限差分方法，计算出反向凝固结晶器中母带厚度的变化规律，与实验数据基本吻合，在此基础上，研究入口钢液速度对结晶器中流场的影响。     

板坯结晶器电磁搅拌电磁场与流场的数值模拟

建立了板坯结晶器电磁搅拌过程电磁场与流场计算的三维数学模型,采用SIMPLER方法对2对极和4对极条件下的电磁场与流场进行了数值求解。结果表明:磁感应强度B和电磁力F都呈现出关于结晶器中心对称的规律;结晶器两侧每一对N、S极之间的水平面内,电磁力都呈现圆周状分布的规律;板坯宽面边缘的电磁力较大,而板坯窄面边缘和中心区域的电磁力较小;与4对极相比,2对极产生的磁感应强度和电磁力大,钢液的流速大,搅拌强度大;无结晶器电磁搅拌时,铸坯边缘的纵断面的流场主要分成四个回流区;而有结晶器电磁搅拌时,左侧的两个回流区基本消失,右侧两个回流区减小。     

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。     

空化射流角型喷嘴内流场的数值模拟

建立了角型喷嘴物理模型。基于FLUENT软件,采用混合模型、空化模型和RNG k-ε紊流模型对空化射流喷嘴内流场进行数值模拟。以径向线上蒸汽体积分数分布、轴线上蒸汽体积分数分布和速度分布为判断角型喷嘴产生的空化射流空化程度的依据,分析圆柱段直径、入口压力、出口压力对射流空化程度的影响规律。模拟结果表明:圆柱段直径的最佳初始值为1 mm;增大入口压力可以提高射流空化程度,但随着出口压力的增大,又会抑制喷嘴内空化的初生并降低出口速度,不利于射流空化程度的提高。     

浸入式水口侧孔结构对板坯结晶器流场的影响

对断面为850 mm×200 mm、1 150 mm×200 mm、1 400 mm×200 mm的板坯进行1∶1的物理模拟。通过改变浸入式水口的结构,从而对结晶器内流场、保护渣的分布,以及结晶器表面波动情况进行分析研究。实验结果表明,在断面为850 mm×200 mm时,两孔和三孔水口液面波幅的方差分别为0.27和0.03,大约相差10倍,同时由流场图看出三孔水口有效的减少了偏流现象;在断面为1 150 mm×200 mm时,在形成上回流区的3 s内,两孔水口上回流区的面积已经覆盖了2/3,保护渣覆盖面积为钢液表面的4/5且有波动情况,而三孔水口上回流区的覆盖面积只有1/5,保护渣完全覆盖且表面保护渣的波动不明显,因此得出两孔水口更优于三孔水口,使保护渣更容易融化。     

叶栅型气动喷嘴三维流场数值模拟

介绍了叶栅型喷嘴的基本结构,对三维可压射流的控制方程和Spalart-Allmaras湍流模型进行了分析,利用有限体积法对可压缩的N-S方程进行离散,对叶栅型喷嘴内的三维流场进行了数值模拟.对喷嘴内气压的变化、气流的速度矢量分布以及马赫数分布情况进行了可视化处理,讨论了喷嘴流道几何结构对流场的影响,以及供气压力的变化对喷嘴流量和出口速度的影响.同时,通过实验测量了喷嘴流量,实验结果与数值模拟的结果一致.对喷嘴三维流场数值模拟为喷嘴的设计和优化提供了理论依据,有效地缩短了设计周期.     

基于FLUENT的割嘴外部流场火焰燃烧的数值模拟

利用FLUENT软件对割嘴外部流场的喷雾燃烧过程进行了数值仿真模拟.湍流模型采用标准k-ε模型,燃烧模型采用涡耗散(ED)模型,燃油液滴通过离散相模型来描述,尝试利用ED模型探索割嘴外部流场火焰燃烧的可能性,通过模拟得到了合理的温度场、速度场和浓度场,以及火焰燃烧的各种细节.同时,通过对燃料与氧气不同混合比进行对比,发...     

浸入式水口预热温度场的数值模拟

运用流体分析软件CFX对抽风热空气式预热烘烤方式进行了瞬态数值模拟,求解后得出了两种装置下浸入式水口预热后的温度场云图以及水口的温度变化曲线,并对两种装置预热后水口的温度场进行了比较和分析。小型装置的热空气流量增加0.16 kg/s时,水口颈部内外壁的温度可上升到802℃和831℃,最低温度为753℃,最高温度为996℃,比原有装置的水口温度提高了85℃。结果表明,缩小烘烤箱的尺寸,加大热空气的流量,可以有效地提高水口的预热温度,改善水口颈部的温度梯度。     

反向凝固母带拉速对结晶器流场影响的数值模拟

在连续统一模型的基础上建立了描述反向凝固结晶器中的流动与传热的数学模型。利用有限差分方法，计算出了反向凝固结晶器中母带厚度的变化规律，随着母带在钢液中停留时间的增加，母带厚度初期迅速增长，中期平衡相持，后期快速回熔；并进一步研究了反向凝固母带拉速对结晶器中流场的影响情况，拉速较小时，紧贴母带的钢液随母带-同运动，对整个流场的影响不大，当拉速较大或拉速变化较大时，部分甚至整个流场都发生了变化。计算结果表明采用数值模拟求解结果与试验数据是吻合的，证明假设合理，模型正确。     

超宽狭缝式喷嘴流场数值模拟和射流速度凸度控制

为了开发具有高强度冷却能力且冷却介质流量分布合理的淬火系统超宽狭缝式喷嘴结构,采用有限元法对狭缝式喷嘴射流速度分布进行了数值模拟.结果表明,喷嘴进水方式对出口射流速度分布规律影响较大,通过比较端部进水方式及不同进水口数量的中部进水方式,得出中部进水方式且进水口数量大于4个时,射流速度均匀性最好.保证喷嘴其他结构参数及工艺参数不变,通过改变沿喷嘴长度方向阻尼装置均流孔直径的递减比例系数,来实现出口射流速度的凸度控制,效果明显.随着直径比例系数增大,比例凸度值成线性递增变化.射流速度比例凸度模型可以实现水量的精确凸度控制,为优化设计基于淬火工艺需求的流量分布合理的超宽狭缝喷嘴结构提供指导.     

一种污水灌溉喷头流道的数值模拟及结构优化

喷头是喷灌系统的重要组成部分,喷头内流道的能量损失直接影响到整个喷灌系统的喷洒质量。通过三维软件UG建立了喷头内流道的二维片体CFD模型,并以Fluent软件为平台,运用N-S方程和k-ε方程对喷头内流道的速度、压力、湍流动能等做了两相流数值模拟计算,计算结果表明:传统摇臂式喷头内流道中存在速度旋流、压力损耗与湍流动能突变等缺陷,能量损失较大。根据此仿真结果,对喷头流道的结构作了相应的优化,优化后的喷头流道速度旋流、压力损耗与湍流动能突变等缺陷得到明显的改善,能量损失减小。表明采用CFD方法能较好地模拟流道内部流动情况,为喷头流道结构的优化提供参考。     

铝熔炉电磁搅拌磁场与流场的数值模拟

铝熔炉的电磁搅拌能显著提高铝加工企业的生产效率和经济效益.针对一个110 t铝熔炉的电磁搅拌器,通过建立模型,进行了磁场与流场的数值模拟.结果表明,在熔体内部,磁场沿熔炉高度方向剧烈衰减;铝熔体在电磁力的作用下,形成两个大的回流区,铝熔炉表面的速度分布均匀.     

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.