320m~3充气机械搅拌式浮选机内气液两相流的数值模拟

随着经济发展对矿产资源需求的不断增长,大型浮选机以其高效率和低能耗优势已成为国际潮流;作为辅助设计和效能评估的重要工具,CFD技术已成为进行大型浮选机研究、设计的关键技术手段之一。本文利用CFD技术针对320 m3充气机械搅拌式浮选机槽内气液两相流进行仿真计算,在确定合适模型的情况下,将得到的气、液流场、液面气液流速、叶轮功耗等在浮选机工业清水试验中较为重要的参数与工业试验所得的数据进行对比。结果表明,所选用的数学模型可以较准确地描述浮选机槽内气液流场,可以为浮选机的设计、改进提供依据。     

Numerical modelling of fluid flow and desulphurisation kinetics in an argon-stirred ladle furnace

A full-scale, three-dimensional, transient CFD modelling approach capable of predicting the three-phase fluid-flow characteristics and desulphurisation behaviour in an argon-stirred ladle was developed. The model can accurately predict the molten steel flow and slag eye behaviour. The predicted sulphur content in ladle as a function of time agrees well with the experimental data. The effects of the initial sulphur content, the gas flow rate and the slag layer thickness on the desulphurisation efficiency were also investigated. The predicted results show that the desulphurisation efficiency improves with the increase of the initial sulphur content, the gas flow rate and the slag layer thickness. Higher gas flow rate can improve the slag–steel interaction, which, in turn, helps improving the desulphurisation rate. The thinner the slag layer, the larger the slag eyes and the smaller the interfacial area between the slag and steel phases. The consequence is the decrease in the desulphurisation rate.     

环缝式电磁搅拌法制备半固态浆料过程电磁场的数值模拟

建立了环缝式电磁搅拌法制备半固态金属浆料系统电磁场的计算模型,采用商用ANSYS软件对制浆系统内电磁场分布进行了数值模拟,分析了电流、频率、坩埚材质、冷却器材质和环缝宽度对磁感应强度的影响规律,并进行了相应的实验验证.研究结果表明:电磁场模拟结果与实验结果具有较好地一致性,验证了计算模型与软件算法的可行性;系统电磁力主要分布于环缝内,提高了对合金熔体的搅拌强度;在相同的环缝宽度下,磁感应强度随频率的增大而依次减小,随电流的增大而依次增大;同时选用不锈钢坩埚与石墨冷却器可以使环缝内铝合金熔体的磁感应强度获得最大;相同电流和频率条件下,磁感应强度随着环缝宽度减小而逐渐增大;相同搅拌功率条件下,环缝式电磁搅拌法可以获得更加细小均匀的半固态组织,平均晶粒尺寸较普通电磁搅拌法减小31%.     

Numerical modelling of iron flow and heat transfer in blast furnace hearth

Abstract

The erosion of hearth refractories is widely recognised as the main limitation for a long campaign blast furnace life. Distributions of liquid iron flow and refractory temperatures have a significant influence on hearth wear. In this investigation, a comprehensive computational fluid dynamics model is described which predicts the fluid flow and heat transfer in the hearth; specifically, the flow and temperature distributions in the liquid iron melt, and temperature distributions in the refractories. The accuracy and representativeness of the model was evaluated using plant data from BHP Steel's Port Kembla no. 5 blast furnace and OneSteel's Whyalla no. 2 blast furnace. Generally, there is good agreement between measured and calculated refractory temperature profiles. A series of sensitivity tests provided cause-effect relationships between operational and fluid flow parameters (floating deadman, different extent of refractory erosion, presence of embrittled layer).     

浮选三相流中气泡运动特性的数值模拟

为获取浮选气泡在矿浆中的运动规律及三相流中浮选气泡的最佳尺寸,运用欧拉模型模拟不同初始直径的气泡在不同密度矿浆中的运动过程.结果表明：在给定的初始条件下,同一浓度的矿浆中,单个浮选气泡所能捕获的矿物量以直径4mm的气泡最多,气泡尺寸增大或减小后,其矿物捕获量都有所减少.当矿浆中固相质量分数在20%~40%之间变化时,矿物捕获量最多的气泡尺寸变化不大,并且随着矿浆中固相质量分数的增大,单个气泡的捕获量增大,矿物粒子回收率增加.在实际生产中,直径为3.5~4 mm的中等大小气泡在运动过程中变形程度小,气泡水平偏移及浮升速度适中,对矿物粒子的捕获率及运载能力和浮升能力较强,有利于提高浮选产量和质量.     

充填管道布置方案优化中的数值模拟分析

矿山在充填管道布置方案中参数的选取往往通过经验公式估算,而目前尚无精确解的计算方法。但参数的选取恰当与否直接影响到矿山充填系统的效率以及使用寿命,因此参数选取的精确化便显得尤为重要。以石人沟铁矿的充填系统为工程背景,应用ANSYS分析软件中的FLOTRAN CFD模块建立管道模型,分析了管道系统采用不同充填倍线时流速与压力的关系,并据此对充填倍线的理想值进行了分析计算,最终得出充填倍线为3.5,符合经验值的取值范围,对矿山充填管道布置方案有一定借鉴意义。     

Numerical modelling of the transport and removal of inclusions in an industrial gas-stirred ladle

A full-scale, three-dimensional, transient CFD modelling approach capable of predicting the three-phase fluid flow characteristics and the inclusion removal in a gas-stirred ladle was developed. The comparison with experimental data indicates that this model can accurately predict the multiphase fluid flow and slag eye behaviour. The transport and removal of the inclusions in the gas-stirred ladle were predicted by tracing the movement of individual inclusions through computing their particle trajectories and considering a fluctuant top slag layer. The effects of inclusion size, gas flow rates, and injected bubble diameters as well as various removal mechanisms including slag capture, bubble attachment, and ladle wall adhesion on the removal of inclusions were investigated. It is shown that the slag capture is the prevailing mechanism for inclusion removal and the gas flow rate is the most important parameter for enhancing the inclusion removal efficiency.     

热轧不锈钢带卧式连续退火炉加热过程数值模拟

通过建立不锈钢带卧式连续退火炉加热段的三维仿真模型,利用计算流体力学（CFD）数值模拟技术得到炉内加热段的温度场和流场,并与现场实测数据进行了对比验证,结果表明,本文所建立的数学模型能够准确预测炉温分布规律。在此基础上,重点分析了带钢表面对流换热系数和等效辐射换热系数的分布和变化规律。所做工作对研究和开发不锈钢带卧式连续退火炉数学模型及其优化控制策略具有重要的指导意义。     

钢包内气泡的形成与运动过程的数值模拟

 以钢包精炼底吹氩气过程中氩气泡为研究对象,运用VOF模型追踪氩气与钢液的界面,在层流条件下三维数值模拟了氩气泡的生成和运动过程。采用Tecplot进行模拟结果的后处理,研究了不同气体流量条件对气泡脱离直径的影响以及气泡的运动特性。模拟结果显示,氩气泡的形成历经膨胀、脱离两个阶段,气泡脱离直径随着气体流量的增加而增加,针对2 mm直径的孔口,其鼓泡流量上限为1.325 L/min。气泡从孔口脱离后历经近似球形、扁平的椭球形、规则的椭球形和不规则的球帽形的形状变化;气体流量越大,气泡的变形程度越剧烈,气泡位于钢包高度中上部位置时,全部呈现近似规则的球形,不随流量的改变而改变。     

典型受载铁磁构件的数值模拟和磁特性

研究了铁磁构件在受载状态下表面产生漏磁的磁记忆现象,对含小孔平板进行了有限元分析,实测了受拉伸载荷时的漏磁场值.结果表明,应力集中对构件的磁特性有显著影响,在应力引起的小范围塑性变形区域存在有效的磁记忆信号,采用磁记忆方法对设备承载铁磁构件由应力集中造成的早期损伤进行检测是可行的.     

氧气高炉风口前燃烧带数值模拟

根据气膜传质控制理论,在物料平衡和能量平衡的基础上,建立了O2高炉风口前燃烧带数学模型,模拟了不同鼓风速度和O2湿度条件下风口前燃烧带内气体各组分浓度场和温度场分布情况。模拟结果表明：改变鼓风速度可以调节风口前燃烧带气体温度和浓度分布,从而调节O2高炉软熔带形状及煤气流分布;增加鼓风湿度可以降低风口理论燃烧温度,增大还原煤气中H2含量。     

折流式移动流化床COREX煤气预还原粉铁矿的数值模拟

建立了折流式移动流化床内粉铁矿预还原的二维气固反应流CFD模型.模型的数值求解采用PHOENICS和FLUENT的联合求解.与之前的实验结果相比,在冷态条件下单床层平均压降和气固相流动行为的数值模拟结果与其基本一致,得出所提出的数学模型是可靠的.在此模型基础上,对采用COREX输出煤气对铁矿粉预还原的工艺过程进行热态模拟.在模拟的工况条件下,还原气温度的整体降幅700 K,气相CO和H_2还原势的利用率分别达到38%和26%,矿粉的还原分数达到75%,即反应器内有良好的气固换热而且对COREX煤气还原势的利用率较高,实现了对还原气热能和还原势的梯度利用.     

皮带运输巷道粉尘质量浓度分布规律的数值模拟

为了掌握皮带运输巷道粉尘质量浓度的分布规律,获取通风除尘设计的合理参数,以西石门铁矿提升车间系统40^#皮带运输平巷为研究背景,依据气固两相流理论,运用计算流体力学的离散相模型对皮带运输巷道粉尘质量浓度进行数值模拟,并与现场实测的粉尘质量浓度分布情况进行对比分析,模拟结果与实测数据基本吻合.研究表明,运用欧拉-拉格朗日法对皮带运输巷道粉尘质量浓度分布规律进行模拟是可行的.在通风除尘设计中,当巷道风速为3 m·s^-1时,排尘效果最好,粉尘质量浓度整体保持在3 mg·m^-3以下;皮带运输速度为2.5 m·s^-1时粉尘质量浓度较低;定期进行壁面洒水也能在一定程度上实现降尘目标.     

2种群体平衡模型在连铸结晶器多尺寸泡状流中的应用

摘要：准确预测连铸结晶器内多尺寸泡状流的流动特性对洁净钢水和提高铸坯质量至关重要。为了考虑气泡聚并、破碎等微观现象对气泡尺寸、数密度、含气率等宏观参量的影响,分别采用2种基于群体平衡方程的数学模型—多气泡组质量传递模型（MUSIG）与平均气泡数密度模型（ABND）,对连铸结晶器内的多尺寸泡状流进行了数值模拟,并与水模型实验结果进行了对比研究。结果发现：2种群体平衡模型均可以较准确地捕捉到结晶器多尺寸泡状流中的液相流型、气泡尺寸以及含气率分布特征,尤其是较好地预测了浸入式水口内部含气率的“中间峰”和“出口峰”分布特征;相比于MUSIG模型,ABND模型对靠近水口处气泡尺寸分布的预测结果更加准确。2种群体平衡模型扩展了传统单一粒径双流体模型的适用范围,为结晶器内多尺寸泡状流研究提供了理论基础和数学框架。     

Application of two population balance models in predicting multi size bubbly flow in continuous casting mold

Accurately predicting the flow characteristics of multi scale bubble flow in continuous casting mold is of great significance for cleaning molten steel and improving slab quality. To consider the influence of bubble coalescence, breakage, and other microscopic phenomena on the macroscopic characteristics such as bubble size, number density, and gas void fraction, two mathematical models based on population balance equation, MUltiple SIze Group (MUSIG) model and Average Bubble Number Density (ABND) model, were employed to simulate the multi size bubbly flow in the mold. The predicted results have been compared with the water model experiments. Results show that the two population balance models can accurately capture the liquid flow pattern, bubble size and void fraction distribution characteristics of the multi size bubble flow in the mold, especially the " intermediate peak" and "outlet peak" distribution characteristics of void fraction in the submerged entry nozzle（SEN）. Compared with the MUSIG model, the ABND model is more accurate in predicting the bubble size distribution near the SEN. The two population balance models contribute to expanding the applicable scope of the two fluid model with a single size bubble and provide the theoretical fundament and mathematical framework for studying the multi size bubbly flow.     

气幕挡墙中间包钢水流动的数值模拟

根据二流连铸1500mm×250mm板坯时中间包的操作工艺参数,采用欧拉两流体模型,多孔介 质模型和拉格朗日随机轨道模型,模拟计算了采用湍流控制器和气幕挡墙技术的中间包内钢液流动特性和 夹杂物的运动轨迹,并用Monte-Carlo法统计了夹杂物的总去除率。模拟结果表明,采用中间包气幕挡墙技术 可以有效改善钢液的流动特性,延长钢液停留时间,减小死区体积;当吹气量为0.90m³/h时,夹杂物去除率比 不吹气工艺增加15.6%     

采空区高位钻孔瓦斯抽放的数值模拟

依据Darcy定律,在Navier-Stocks方程的基础上,对祁南煤矿综采工作面采空区瓦斯抽放问题作了计算分析,并进行了CFD数值模拟.从理论上模拟采空区瓦斯聚集过程,直观展示了瓦斯抽采时采空区流态、瓦斯分布变化.把抽放钻孔布置在顶板裂隙内,结合上隅角埋管实施瓦斯抽放,该抽放瓦斯技术起到了对开采工作面上隅角瓦斯的截流作用,现场管路测量显示,可抽出高浓度瓦斯达30%～80%(体积分数),工作面回风瓦斯的体积分数基本控制在0.3%以下.     

蓄热式辐射管中低NOx燃烧过程的数值模拟

通过数值模拟的方法,建立蓄热式辐射管内低NOx燃烧过程的数学模型,在验证模型正确的基础上,分析了不同低NOx燃烧技术对NOx抑制效果的影响.研究结果为低NOx燃烧器的优化设计提供了理论依据.     

旋转电极电渣重熔过程熔滴滴落及熔池形状的模拟

建立了瞬态三维耦合数学模型以探索旋转电极对电渣重熔过程中电磁场、流场、温度场和熔池形状的影响.通过求解麦克斯韦方程组得到电磁场的相关信息,利用VOF方法描述金属熔滴的运动,采用焓-多孔介质模型计算凝固过程.当电极旋转,金属熔滴在离心力作用下,从电极边缘抛出,增加了金属熔滴在渣池中停留的时间与沿途路径,有利于提高电渣重熔...     

软熔带焦炭碳素熔损反应数值模拟

采用商业软件Fluent对软熔带焦炭熔损反应进行了数值模拟,阐明了影响焦炭反应速率的主要因素,分析得到以下结论:焦炭反应速率随着焦炭粒度的增大而减小,随着入口气体速度的增大而减小;焦炭反应速率随着温度的增加而增加,随着CO2体积分数的增加呈线性关系增加.