W-Cu液相烧结体系致密化行为的模拟

基于流体流动模型和液相烧结作用力模型,对液相烧结第一阶段中(液相生成与固相颗粒重排阶段)液相Cu对固相W颗粒的润湿情况及颗粒的重排和密实化行为进行模拟。本模型包含Navier-Stokes(N-S)方程、区分气-液两相流的VOF方程及颗粒所受作用力(毛细力和黏性力)方程。使用二维非定常分离隐式PISO算法求解N-S方程,描述流体流动行为;求解VOF方程以区分气-液两相流;根据颗粒所受作用力编制颗粒运动自定义程序,控制颗粒运动,描述固相颗粒在毛细力牵引及黏性力共同作用下的运动。分析烧结过程液相对固相颗粒的润湿行为及液相烧结第一阶段密实化规律。探讨润湿角、颗粒间距对毛细力大小的影响,并结合具体烧结模型研究烧结体系颗粒尺寸对密实化速度的影响及不同初始液固比与烧结体系最终孔隙率的关系。最终将模拟结果与理论分析结果进行对比,两者基本一致。     

基于投影-水平集方法充型过程气-液两相流数值模拟

为了更精确地模拟铸造充型过程的流动行为,建立了充型过程的三维不可压缩气-液两相流动模型。采用水平集方法捕捉气-液两相界面,结合投影方法,对所建立的两相流动模型进行了三维数值求解。结果表明:投影-水平集方法能够较好地模拟三维复杂铸件充型过程的两相流动。     

基于Level Set法铸造充型过程气-液两相流数值模拟

针对目前铸造充型流动模拟最为常见VOF方法的不足,建立了基于Level Set方法的气液两相流数学模型及求解方法.应用所建立的模型,模拟了气泡的运动过程,并通过水模拟试验进行了验证,模拟结果表明,Level Set方法可以有效地模拟铸造充型过程中的气液两相流动,是铸造模拟技术发展的新方向.     

应用两相流模型模拟压铸充型过程的卷气现象

通过对压铸充型过程中卷气缺陷形成机理的分析,认为型腔中空气的流动以及与金属液之间的相互作用是形成卷气现象的主要原因.为了考虑型腔中空气的流动,采用了一种不可压缩两相流数学模型来模拟压铸充型过程的卷气现象.通过计算流体力学中的两个基准算例,较为全面地验证了该模型的准确性和可靠性.在此基础上,设计了专门针对压铸充型过程的高速水模拟实验,通过对可视化实验结果与两相流模拟结果的比较,证实二者吻合较好,说明了该模型能够较好地模拟液体的充填行为和卷入其中的气泡.     

气液两相流的流场特性研究——随机轨迹分离流数学模型SCIEI

针对底吹气液两相流过程的非均匀性和气泡运动过程随机性,本文从理论上提出用气液分离流动模式处理气液两相流动的方法,建立了随机轨迹分离流数学模型。该模型在Lagrangian时间序列坐标系中分析气泡的流动特性,在Eulerian空间位置坐标系中描述液体的紊流流动过程;气液相间的相互作用以气泡源项的形式在Eulerian场中予以分析;气泡的轨迹由Monte Carlo随机采样方法确定。为便于与前人的工作相比较,本文还采用均相流模型进行解析计算。研究结果表明,本文提出的分离流模型理论上合理,其计算结果与实测结果比较一致。     

FLUID DYNAMICS IN A GAS STIRRED LADLE——A Separated Flow Model with Stochastical Trajectories

针对底吹气液两相流过程的非均匀性和气泡运动过程随机性,本文从理论上提出用气液分离流动模式处理气液两相流动的方法,建立了随机轨迹分离流数学模型。该模型在Lagrangian时间序列坐标系中分析气泡的流动特性,在Eulerian空间位置坐标系中描述液体的紊流流动过程;气液相间的相互作用以气泡源项的形式在Eulerian场中予以分析;气泡的轨迹由Monte Carlo随机采样方法确定。为便于与前人的工作相比较,本文还采用均相流模型进行解析计算。研究结果表明,本文提出的分离流模型理论上合理,其计算结果与实测结果比较一致。     

圆形微通道结构多相流流动形态试验及数值模拟研究北大核心

利用高速摄像观测系统对不同挡板结构的圆形微通道结构进行全流场流动显示实验。通过对重力影响、气液流量比、流动方向等变量的控制进行多相流流动形态分析;在此基础上进行数值模拟研究,得到气液多相流流动特性沿流道的压力、速度场等流动特性。结果表明:微通道复杂结构会显著影响气液多相流的流动形态,复杂结构微通道加剧了流体剪切流动特性,大大促进了气液两相流混合效果。     

135 t钢包下水口结构优化

针对某钢厂135 t钢包下注法浇注过程中铸流发散,钢液纯净度降低的问题,优化设计了下水口结构,数值模拟了钢包浇注时下水口内钢液-气两相流行为,对比了浇注开口度分别为100%、70%、30%情况下,出下水口钢液流动状态。结果表明:钢包水口开口度较大时,使用优化的下水口容易形成束流流出,流动平稳,钢液速度较小,且钢液与气相的接触时间减短,有利于提高钢液纯净度和下水口使用寿命。     

合金凝固的二相流数值模拟

本文介绍了合金凝固传输过程中的二相流数学模型，该模型描述了固－液界面的传输现象和液相对流对宏观偏析的影响，并考虑了生核过程，热和溶质的过效应，及固相颗粒的宏观运动，从而把观传输过程和微观结构结合起来；采用该模型，对Ａｌ－４％Ｃｕ等轴晶合金的凝固进行了完整的数值模拟。     

铸造充型过程宏观数值模拟研究进展

综述了铸造充型过程宏观数值模拟研究的现状。给出了铸造充型过程宏观模拟所涉及的物理模型，并以三维带障碍物溃坝模型、平板件充型流动场为例，基于光滑粒子流体动力学(SPH)方法进行了模拟计算。阐述了常见的网格划分类型和数值求解方法，对比了不同数学方法的特点。说明了铸造充型多相流模拟的研究情况，并指出进行流动场气、液、固三相流宏观数值模拟，能够准确地预测夹渣、冷隔、浇不足、气孔等铸造缺陷，可考虑采用多数学方法耦合的思路处理。SPH的公式构造并不受粒子分布的随意性的影响，可以自然地处理一些具有极大变形的问题。通过图形处理器技术(GPU)能够大幅提高SPH的计算效率。将人工智能机器学习技术和确定性物理建模相耦合，有助于优化传统的数值求解算法，提高精度，使模拟结果更接近于实际生产。     

RH真空精炼系统气液两相循环流动的均相流模型

提出一种修正的均相流模型，即在模型的含气率守恒方程中引入气相水平滑移速度，该速度只存在于喷嘴附近的区域，其物理作用是将气体导入流体中．计算实践表明，修正的均相流模型能够解决侧吹装置中的气液两相流动问题．同水模型的实验观察比较表明，该模型模拟的气相分布特征同水模型观察结果符合较好．     

NUMERICAL SIMULATION OF ALLOY SOLIDIFICATION BY A TWO－PHASE MODEL

本文介绍了合金凝固传输过程中的二相流数学模型．该模型描述了固－液界面的传输现象和液相对流对宏观偏析的影响，并考虑了生核过程，热和溶质的过冷效应，及固相颗粒的宏观运动，从而把宏观传输过程和微观结构结合起来．采用该模型，对Ａｌ－４％Ｃｕ等轴晶合金的凝固进行了完整的数值模拟．     

多管真空循环脱气系统循环流动模型

发展一个分析两管和多管真空循环脱气系统的循环流动特征数学模型,采用空间变密度的均相流模型模拟上升管中的气液两相流动,使用纯液相和气液两相之间的密度差作为系统中循环流动的驱动力,上升管中的气相体积分率是通过移植和修正喷气搅拌钢包含气率模型获得,利用空度技术处理包括钢包、真空室、上升管和下降管在内的复杂几何系统的流场计算,使用本模型对两管和多管真空循环脱气系统在喷气量为5-35L/min情况下进行数值模拟,计算的下降管出口处的速度分布与文献中的测量值很接近,分析计算结果表明,多管系统中的速度分布比两管系统的速度分布均匀,即在下降管面积相同的情况下,多管系统的循环流量大于两管系统的循环流量,示踪剂扩散的模拟结果亦清楚展示了两种系统中流动特征的差别。     

突扩圆管内液固两相流冲刷腐蚀过程的数值模拟

对突扩圆管中液固两相流冲刷腐蚀过程进行了数值模 拟研究.冲刷腐蚀过程的综合模型可以分解为液固两相流动模型、冲刷模型和腐蚀模型.在欧 拉 坐标系下求解流体相的雷诺时均守恒方程组来模拟流体流场,通过拉格朗日坐标系下的随机 轨道模型获得固体颗粒相的运动,并考虑了流体相与固体颗粒相之间的双向耦合作用.数据 验证结果表明构建的综合模型基本上是正确可行的.     

充液拉深数值模拟流体力学模型的建立

充液拉深中的流体流动行为在充液拉深过程中起着重要的作用 ,但目前对流体的流动规律和如何把流体压力作用与板料的成形有效地结合起来缺乏深入的研究。有限元模拟是塑性成形中一个强有力的分析手段 ,但对流体压力行为缺乏研究 ,已成为充液拉深有限元模拟的瓶颈。本文通过对筒形件充液拉深工艺的分析 ,建立了接近实际的充液拉深流体力学模型。结合有限元数值模拟技术 ,提出了充液拉深流体压力行为在数值模拟分析中的实现方法 ,为充液拉深有限元数值模拟提供有效途径     

浮选过程颗粒输运行为数值模拟

浮选过程中颗粒相的输运行为对浮选效率有着直接的影响,根据颗粒间的相互作用理论,建立了浮选过程中待浮矿粒在气泡与液相中的输运方程。以实验室CPT浮选柱为研究对象,采用欧拉双流体模型计算气-液两相基本流场并耦合浮选过程矿粒输运的方法,获得矿粒在气-液两相中稳定的浓度场分布,实现浮选过程中气-液-固三相流动数值模拟。结果表明:实验室CPT浮选柱中发泡区域周围存在较大漩涡,具有较低的矿粒浓度,柱中气泡与矿粒的平均碰撞速率为2.156×108 m-3·s-1,平均碰撞概率、捕获概率和脱附概率分别为0.017、0.904和0.097。     

等轴球晶凝固多相体系内热溶质对流、补缩流及晶粒运动的数值模拟Ⅰ.三相流模型

基于Eulerian-Eulerian方法和体积元平均技术,建立了模拟等轴球品凝固过程的液、固、气三相流模型．液、固两相处理成相互分离、相互扩散的介质,气相与液、固两相只存在热量及动量的相互作用,三相（凝固前）作为自由流体共享一个统一的压力场．分别求解三相的质量、动量、溶质、热焓守恒方程;相间的热量交换和摩擦拖拽以及液／固界面上的溶质再分配和凝固潜热释放,通过定义对应守恒方程的源项和交换项而加以考虑;另外,单独求解一个晶粒密度守恒方程．晶粒的形核生长（相变）也加以模型化并体现在对应的源项中,模型中所用的密度定义为溶质与温度的函数,因此可综合考虑热溶质对流、晶粒运动及凝固收缩所引起的补缩流动．凝固过程的体积收缩及补缩流动将体现在气／液自由表面的波动上．     

新型混输泵球阀内气液两相流动的数值模拟

为了研究新型混输泵球阀内气液两相流动规律,建立了球阀内流场的三维模型,利用CFD软件,对阀内气液两相流动进行了数值模拟。在球阀开启高度为0.005 m时,对含气率分别为20%、40%、60%、80%4种工况的模拟结果进行了分析,得到了不同含气率下的速度场、压力场及气液两相相态分布,探讨了含气率对球阀内气液两相流动的影响规律。结果表明:阀隙处流速较大,压力梯度大,阀座倒角下端易气蚀;含气率对阀内流速大小影响较小,但对流态有影响。气体主要分布在阀球壁附近,远离球壁气体介质减少;当含气量逐渐增大时,气液两相的相界面处波动较大。研究结果揭示了阀内气液两相流动的规律,为内压缩混输泵气液单向阀相界面演化及失稳机制的研究提供参考。     

RH精炼过程中气液两相流动及混匀现象的模拟研究EI北大核心CSCD

利用水模型与数值模拟相结合的方法,对Ruhrstahl-Heraeus(RH)精炼过程中的多相流体流动及混匀现象进行模拟研究。根据相似原理建立与实际210 t RH精炼装置几何相似比为1:5的水模型,采用粒子图像测速(PIV)技术获取水模型中心截面处流场分布。数值模拟采用多相流模型(VOF)和离散相模型(DPM)相耦合的计算方法,湍流模型分别选用k-e模型和大涡模拟(LES)模型。对比测量值与计算值,结果表明2种湍流模型均能较好地预测RH内流场分布;而采用LES模拟能够获得RH内瞬态的速度分布及漩涡的产生和耗散过程。测量并计算了水模型钢包内整体的混匀时间分布,结果表明上升管附近区域的混匀时间大于下降管附近区域的混匀时间。开发了气泡膨胀的数学模型,并将其用于钢液-氩气体系的模拟计算,结果表明气泡膨胀过程对钢液流动的影响显著。     

高铅渣还原炉内气液两相流的数值模拟与结构优化

基于Fluent软件,耦合Realizable k-ε湍流模型和VOF多相流模型对液态高铅渣还原炉内气液两相流动过程进行数值模拟。依据相似原理建立了水模型实验,得到气泡/气团频率、气泡直径和喷枪直径比值的实验结果,其结果和数值计算结果吻合较好,验证数值计算模型的有效性。运用该耦合模型研究熔池深度、喷枪直径、喷枪倾角和喷枪间距等因素对还原炉的影响。再通过正交实验和矩阵分析方法,综合考虑熔池气含率、熔体平均流速和熔体湍动能等指标,得到还原炉最优工况为喷枪角度为10°,熔池深度为800 mm,喷枪直径为60 mm,间距为950 mm。