流动控制结晶器内钢液流场特性的实验研究(Ⅰ)

以Pb－Sn－Bi低熔点合金和硅油分别模拟用液和保护渣．采用热模拟实验方法在自行设计的连铸实验机上,对双条形恒稳磁场条件下板坯连铸结晶器（FC．Mold）内二维流场的特性进行了热模拟实验研究。结果表明：FC．Mold不仅能够十分有效地稳定液面和抑制水口的出流速度,而且能够促进上部回流区加速流动。因此,FC．Mold可以用来控制和改善结晶器内流场的形态。     

FC Mold Ⅱ电磁制动中磁场匹配对金属液流影响

通过物理模拟实验研究板坯连铸流动控制结晶器（flow control moldⅡ,即FC MoldⅡ）电磁制动过程中,磁场强度和分布对结晶器内金属液流动的影响规律.实验中,以水银为模拟工质,在模型拉速为0.41,0.52和0.82 m/min（分别相当于生产拉速1.00,1.30和2.00 m/min）,电磁制动的上区磁场强度B₁=0.18,0.36和0.50 T,下区磁场保持B₂=0.50 T不变的匹配（组合）条件下,考察结晶器（模型）内的水银流态和流速分布,并以此分析上、下区磁场强度匹配（组合）对水口出流、液面流动以及结晶器窄面模壁所受冲刷等的影响规律.结果表明,在上述拉速条件下,FC MoldⅡ电磁制动的上、下区磁场强度匹配关系,分别取B₁/B₂=0.36,0.72和1.00时,结晶器中金属液的制动效果最好.     

永磁电火花复合深小孔加工流场排屑模拟

阐述了永磁电火花复合加工的基本原理,建立了加工过程的流场模型.用FLUENT软件对深小孔加工流场、有无磁场条件下的加工排屑进行了仿真,分析了流场对排屑的作用及磁场对加工屑在流场中运动轨迹、速度和滞留时间的影响.     

5056铝合金稳恒磁控激光深熔焊接过程熔池流动与传热行为分析

针对外加稳恒磁场条件下6 mm厚度5056铝合金激光深熔焊接过程,建立了热场—流场—电磁场耦合熔池瞬态动力学数值模型,求解了特定时刻温度场、速度场与电磁场分布,建立了熔池沿不同方向的Peclet数模型,分析了不同磁场感应强度对熔池流动与传热行为的影响.结果表明,稳恒磁场条件下熔池中产生显著的哈特曼效应,表现为液态金属M...     

方坯结晶器内钢液凝固及电磁制动的数值模拟

利用电磁流体力学（MHD）的基本理论及Bennon的连续介质模型,给出了方坯结晶器内钢液凝固及电磁制动的三维数学模型、磁场、流场和温度场的数值模拟表明,与钢液流场速度方向相反的电磁力是电磁制动的 直接原因;感生电流主要是集中在钢液入口处及其附近区域;电磁力能有效地改变方坯结晶器内的流场和温度场的分布,造成制动区域的下部呈现活塞流状态,降低了结晶器内高温钢液区域的温度梯度,提高了弯月面附近特别是上角部区域钢液的温度,减薄了上部凝固壳厚度。     

脉冲磁通量密度和Lorentz力的数值模拟

用ANSYS5．5有限元软件对在脉冲磁场中金属熔体凝固条件下，直螺线管线圈及其内部凝固样品中的瞬态脉冲磁通密度、洛伦兹力做了数值模拟。模拟计算结果表明，在脉冲磁场中凝固的条件下，直螺线管线圈内及其凝固样品中脉冲磁通密度和洛伦兹力分布具有轴向、径向分布不对称性和不均匀性。脉冲磁通量和洛伦兹力的这种分布特性对了解脉冲磁场凝固条件下，瞬态的脉冲磁通量和洛伦兹力的特性及其对金属熔体的凝固行为和凝固组织的作用具有重要意义。     

圆坯结晶器电磁搅拌过程三维流场与温度场数值模拟

建立了描述圆坯连铸结晶器电磁搅拌过程的三维数学模型．采用有限元和有限体积结合的方法求解Maxwell方程组和湍流Navier—Stokes方程,分析了结晶器电磁搅拌过程的磁场、流场、温度场和夹杂物轨迹特征,并考虑了励磁电磁强度和频率的影响．研究表明,磁场模拟结果与现场实测数据一致,电磁力在圆坯水平截面上呈周向分布．钢液在结晶器纵截面内形成两对回流区,且在水平截面内旋转流动;过热钢液滞留在结晶器上部区域,铸坯芯部温度迅速降低,凝固前沿温度梯度提高;大部分夹杂物积聚到结晶器上部区域旋转运动．励磁电流强度和频率对结晶器内钢液的流动、温度分布及夹杂物运动均有明显影响．     

基于FLUENT的铝合金搅拌摩擦焊三维流场数值模拟

搅拌摩擦焊的流场是一个不可压缩的粘性流场,结合10mm LF2搅拌摩擦焊的三维流场特征,提出了流场的主控方程和定解条件。采用建模软件GAMBIT建立了流场的三维实体模型,采用非均匀四面体网格划分技术建立了求解的三维有限元模型。将有限元模型导入计算流体力学软件FLUENT,选取k—ε紊流计算模型,将已确定的定解条件施加到模型上．进行迭代求解,得到搅拌摩擦焊的三维流场模型。     

氧化铝种分过程理论生长模型

根据理想生长过程粒度分布变化的特性,通过粒数衡算方程建立了氧化铝种分理论生长过程粒度分布变化的数学模型。根据实验数据求解了不同温度条件下理论生长过程的模型参数,并讨论了模型参数与种分反应温度的关系,比较了模型预测粒度分布与实测粒度分布的偏差。该模型在55~200μm的粒径段内,能近似地对种分过程粒度分布变化进行预测。     

连铸圆坯电磁搅拌下的流场-温度场数值模拟

以准430 mm的圆坯为实验对象,采用磁场传输方程和k-ε双方程模型对钢液的流场和温度场进行耦合数值模拟。分析在电磁搅拌的情况下,改变其拉速、水口插入深度和浇注温度,结晶器内钢液的流场和温度场分布情况。基于数值模拟结果,选择合适的工艺参数可以提高铸坯的等轴晶数量,改善铸坯的质量。     

电磁制动下连铸结晶器内气泡行为物理模拟

在板坯连铸过程中由于水口吹氩,结晶器内的流场本质上是一个气-液两相流,如何通过磁场等手段优化结晶器内的流场结构改善铸坯质量,是个非常重要的问题。利用水银和氮气作为模拟介质,采用电阻探针研究气泡在结晶器内有、无磁场条件下的统计规律。实验表明,施加磁场后,水口附近的气泡占空比和气泡数量明显增加,减少了结晶器窄面附近的气泡分布。同样气体流量下,施加磁场后气泡占空比总和与无磁场条件下相比明显要大。     

电流频率对连铸圆坯流场-温度场影响的模拟研究

以φ430 mm的圆坯为实验对象,采用磁场传输方程和k-ε双方程模型对钢液的流场和温度场进行耦合数值模拟,分析有、无电磁搅拌的情况下,结晶器内钢液的流场和温度场分布情况,进一步改变电流频率,分析在不同电流频率下的流场和温度场分布情况。模拟结果表明:施加电磁搅拌时,迫使结晶器纵向截面内的钢液出现上、下两对回流区,其回流方向相反,钢液在水平截面内做旋转运动;铸坯芯部温度降低,高温区域范围缩小,热区位置上移;电流频率增大时,下回流区开始形成,上回流区位置升高。     

磁流变抛光过程粒子行为仿真分析

基于两相流模型和颗粒动力学方法,在磁流变液和铁磁颗粒两相条件下,研究了集群磁场中磁流变液的内部流动。具体方法是从理论分析和模拟计算两方面对磁流变抛光过程进行仿真研究,初步研究了集群式磁流变抛光中固液两相流的流场耦合特性,分析了不同磁铁颗粒的粒径对晶圆表面压力分布和剪切力分布的影响,以及铁磁颗粒在磁流变抛光过程中的分布状态。     

弱磁场下管件表面磁场的分布特征

根据磁偶极子理论，建立稳恒微弱垂直弱磁场作用下高压管类试件线状缺陷产生的漏磁场模型。根据磁偶极子空间磁场分布，导出了在外部垂直方向弱磁场下管状工件表面细长缺陷产生的弱磁场法向分量的计算公式。分析了不同纵向磁化强度下，作为磁记忆检测方法重要判据的磁场法向零值线形状及分布特点。     

外加高频纵向磁场作用下的TIG焊电弧数值模拟

基于局部热平衡状态假设,建立外加高频纵向磁场作用下的钨极惰性气体保护焊的电弧稳态三维数值模型.通过对麦克斯韦方程组、连续性方程、动量守恒方程、能量守恒方程的耦合求解,得到了电弧的温度场、流场和压力场等计算结果.结合法拉第电磁感应定律,考虑时变磁场的电磁感应效应,引入感应电场,解释了高频纵向磁场作用下的电弧收缩现象.结果表明,外加高频纵向磁场感应产生环向电场,形成环向电流,环向电流与外加纵向磁场作用产生径向洛伦兹力,导致电弧收缩.     

流动控制结晶器内磁场和吹氩对夹杂物粒子群运动的影响

利用数学模型求解包含电磁力项的Navier-Stokes方程得到流场的速度分布，以流场为基础，建立夹杂物粒子群运动的计算模型，利用水模型实验检验单一球体运动轨迹的计算结果。没有磁场作用时，所有粒子分两组分别进入上下回旋区作螺旋线运动，部分粒子在回流区内作螺旋线运动后又进入水口射流区，然后再进入反向回流区，处于上部回流区的夹杂物具有去除的可能性，吹入氩气能增加夹杂物粒子进入上部回流区的机会，从而提高夹杂物粒子的去除率，施加磁场后，夹杂物粒子的螺旋运动消失，同时粒子的运动速度明显降低，吹入氩气和施加磁场两者均能有效地控制夹杂物粒子群的运动。     

大型铝电解槽磁场特性的研究—四端进电模拟槽试验

按１：１５比例模拟２８０ｋＡ大型铝电解试验槽，设计加工了三强槽拟槽，在１０ｋＡ～１８ｋＡ电流强度和铁磁物质（槽壳、摇蓝架）条件下，研究了模拟槽内的电磁场特性，测量结果充分揭示了铝电解内磁场分布规律和铁磁物质对磁场分布的影响程度。     

复合电磁场净化铝熔体的数值模拟和实验(英文)

复合磁场是金属电磁净化的一种新方法,通过实验和数值模拟,研究由旋转磁场和行波磁场组成的复合磁场电磁净化的效果。装置模型由2组三相交流线圈组构成,通过有限元法分别计算旋转磁场、行波磁场及其复合磁场作用下的电磁体积力、流场分布。结果显示,旋转磁场电磁力使得流场水平转动,下行波磁场电磁力分布驱动外壁容易向下运动,在中心形成向上束流;而复合磁场则兼具两者效果。数模拟数据与实验结果吻合度较好。为了探讨复合磁场电磁净化的机理,计算熔体中第二相夹杂物的体积分布和模拟颗粒在熔体中的运动轨迹。分析结果表明:流场和阿基米德力是影响颗粒运动的2个主要因素;复合磁场相对于单一磁场具有更优越的净化效果。     

Modeling and Experiments on Electromagnetic Separation of Inclusions from Aluminum Melt under Combined Magnetic Field

复合磁场是金属电磁净化的一种新方法,通过实验和数值模拟,研究由旋转磁场和行波磁场组成的复合磁场电磁净化的效果。装置模型由2组三相交流线圈组构成,通过有限元法分别计算旋转磁场、行波磁场及其复合磁场作用下的电磁体积力、流场分布。结果显示,旋转磁场电磁力使得流场水平转动,下行波磁场电磁力分布驱动外壁容易向下运动,在中心形成向上束流;而复合磁场则兼具两者效果。数模拟数据与实验结果吻合度较好。为了探讨复合磁场电磁净化的机理,计算熔体中第二相夹杂物的体积分布和模拟颗粒在熔体中的运动轨迹。分析结果表明:流场和阿基米德力是影响颗粒运动的2个主要因素;复合磁场相对于单一磁场具有更优越的净化效果。     

偏心底吹熔池内三维流动的数值计算

本文给出一种分析液态金属熔池内熔液三维流动的方法,按照保角变换理论,建立了适合计算偏心喷吹时熔池流场的非规范型正交曲线坐标系,用速度分量及压力作为流场的求解变量,发展了在非规范正交曲线系下求解三维、不可压缩、定常时均湍流Navier-Stokes方程,连续性方程,k—ε双方程湍流模型方程的数值计算方法,预示出了熔池及其模型内的流动状态,计算的熔池模型流场的的速度值同实验结果很接近。