烧结工序中燃烧与传热过程的数值模拟

为了优化带式烧结机的热过程,系统地建立了烧结料层内的传热、传质和燃烧过程的数学模型,数学模型的仿真计算表明:烧结配料(碳含量、水分、助熔剂)、料层厚度、抽风机抽力、烧结机带速等对烧结工艺有重要影响,而通过分层布料等措施可以同时起到降低能耗和提高烧结矿质量的效果.     

大型锻件热处理过程的数值模拟研究

在对大型锻件传热分析的基础上,建立了大型锻件的物理模型,对其温度场的变化规律进行了模拟计算,同时将模拟结果和实验结果进行了对比分析,并通过实例说明了热处理过程数值模拟方法的准确性和优越性,为进一步分析此类工件的组织转变和应力应变等奠定了基础.     

A 3-D Numerical Prediction of Turbulent Flow,Heat Transfer and Solidification in a Continuous Slab Caster for Steel

Abstract

This study describes the numerical modeling of three-dimensional coupled turbulent flow, heat transfer, and solidification in a continuous slab caster for stainless steel. The model uses generalized transport equations which are applicable to the liquid, mushy and solid regions within the caster. The turbulent characteristics in the melt pool and mushy region are accounted for using the low-Reynolds number k–ε turbulence model by Launder and Sharma. This version of the low-Reynolds number turbulence model is found to be more easily adaptable to the coupled flow and mushy region solidification caster problem compared to the standard high-Reynolds number and other low-Reynolds number turbulence models. The macroscopic solidification process itself is based on the enthalpy-porosity scheme. The governing transport equations are solved employing the primitive variables and using the control volume based finite-difference scheme on a staggered grid. The process variables considered are the casting speed and the inlet superheat of the melt. The effects of these process variables on the velocity and temperature distributions and on the extent of the solidification and mushy regions are reported and discussed. The numerical predictions of solidification profile are compared with the limited experimental data available in the literature, and very good agreement was found. © 1998 Canadian Institute of Mining and Metallurgy. Published by Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Résumé

Cette étude decrit la modélisation numerique de l'écoulement turbulent couple, à trois dimensions, du transfert de chaleur et de la solidification, lors du coulage en continu de dallé d'acier inoxydable. Le modéle utilisé des equations generalisées de transport qui sont applicables aux regions liquides, pateuses et solides à l'interieur de l'equipement de coulage. On tient compte des caractéristiques turbulentes du bain fondu et de la région pateuse en utilisant le modéle de turbulence a petit nombre de Reynolds k–ε, de Launder et Sharma. Cette version du modèle de turbulence à petit nombre de Reynolds est plus facilement adaptable à l'écoulement couple et la solidification de la région pateuse du problème de coulage que la version utilisant un nombre de Reynolds normal, élevé, ou que d'autrés modèles de turbulence à petit nombre de Reynolds. Le procédé meme de solidification macroscopiqué est base sur la combinaison enthalpié-porosite. On resout les équations de transport qui gouvernent en employant les variables primitives et enutilisant la mèthode des différences finies basée sur le volume de contrôle, sur une grille alterne. Les variables considerées dans ce procédé sont la vitesse de coulage et la surchauffe du liquide a l'entrée. On rapporte et discute de l'effet de ces variables du procédé sur la distribution de velocité et de température et sur l'étendue des régions solides et pateuses. On compare les prédictions numériqués du profil de solidification avec les données expérimentales limitées disponibles dans la litterature et on trouvé une très bonne concordance. © 1998 Canadian Institute of Mining and Metallurgy. Published by Elsevier Science Ltd. All rights reserved.     

回转式螺旋气固换热装置内传热过程的数值模拟

采用自制回转窑换热装置对离心粒化后的高温炉渣颗粒进行余热回收,采用有限元分析软件及欧拉双流体模型对装置内气固两相流场进行数值模拟,研究进风风速及回转窑转速对气固换热效率的影响,并通过现场试验对模拟结果进行验证。结果表明,当回转体转速为16r/min、进风风速4.31 m/s时,颗粒的离散效果较好,热风温度达1 050K,此时的换热效果最好,数值模拟与试验结果高度吻合。     

冶金炉的磁场模拟

从物理模型和数学模型两方面对冶金炉的磁场模拟方法进行了论述,对各种磁场模拟方法进行了比较、分析,阐明了冶金炉的磁场模拟不仅要考虑电流产生的磁场,还必须考虑铁磁屏蔽的影响。     

圆筒型冶金反应器内非轴对称流动的数值模拟

用新开发的同位网格适体坐标程序来描述圆筒型冶金反应器内非轴对称流动,从而回避了柱坐标下极点奇异性问题.数值模拟结果与实验结果对比表明:新开发的程序是可靠的,用该程序对单点偏心底吹氩气搅拌钢包炉(LF)的喷嘴位置进行优化,结果表明:当喷嘴布置在r/R=0.333处时,LF内钢液流动结构最合理,这与实际生产是相符的.     

实验回转窑传热过程的数值模拟

对实验回转窑内气体空间和物料料层内的传热过程进行了数值模拟研究,得到了窑内烟气和物料的温度分布、烟气的流速分布和气相的浓度分布.为证明数值模拟方法的正确性,将烟气温度的数值模拟结果与回转窑热态实验测试结果进行了比较.结果表明两者基本吻合,误差小于6%,由此让明了数值模拟方法的正确性.     

蓄热式加热炉内流体流动、燃烧与传热的数值模拟

简述了数值模拟手段对冶金炉热工设备的设计和优化的重要意义 ,并以某钢厂蓄热式加热炉为对象 ,按照 1∶1的比例建立三维物理模型 ,利用κ-ε湍流模型、耦合混合燃烧模型、辐射换热模型以及NOx 生成模型对其进行非稳态数值模拟研究。结果表明 :蓄热式加热炉能获得很好的流场、温度场和浓度场分布 ,满足高质量的钢坯加热需要     

紧卷罩式退火的温度场模拟

紧卷罩式退火炉在钢板生产中广泛使用，该炉包括以Ｎ２和Ｈ２混合气体为保护气体的传统罩式炉和以１００％Ｈ２作为保护气体的全氢罩式炉。模拟罩式退火温度场对确定和优化钢板的退火制度、预报钢板的机械性能极为重要。本文介绍了影响罩式退火炉效率的因素，并着重论述了钢卷罩式退火的温度场模拟的原理及实现手段。     

转炉烟道内二次燃烧和传热传质过程的研究

采用非预混燃烧模型和离散传播辐射模型,对转炉烟道内的流动、传热传质和燃烧反应进行三维数值模拟,研究炉气转变为烟气的规律和烟道内烟气浓度分布特点.结果表明,烟道内大体可分为3个区域:炉口燃烧区,卷吸的空气在烟罩附近与炉气发生燃烧反应;烟道混合区,燃烧后的烟气与未燃炉气逐渐混合,但仍有较大的成分波动;弯头混合区,烟气进一步...     

氧化铝回转窑内物料流动与传热数值模拟

在分析氧化铝回转窑传热过程的基础上,运用多相流理论对回转窑内横截面物料流动与传热过程进行数值模拟,研究了不同工况下横截面上的温度分布及流动情况。结果表明,截面上物料温度主要受气体及窑壁传热影响,物料颗粒越小,其内部温度上升越快,流动带起的物料高度也越低,但截面上物料内部温度分布基本趋于一致,并可忽略截面温差。     

小尺寸物体自然对流换热的数值模拟

本文将三维附面层方程抛物型化,对不同尺寸的等温小加热块自然对流换热进行了数值模拟,并用来研究微电子集成电路芯片的冷却问题.     

新钢中板厂蓄热式加热炉内流动、燃烧与传热的数值模拟

简述了数值模拟手段对冶金炉热工设备的设计和优化的重要意义，并以新钢中板厂蓄热式加热炉为对象，按照1：1的比例建立三维物理模型，利用k-ε湍流模型，耦合混合燃烧模型以及辐射换热模型对其进行非稳态数值模拟研究。结果表明：蓄热式加热炉能获得很好的流场、温度场和浓度场分布，满足高质量的钢坯加热需要；但在设计和操作方面仍有需要改进的地方。     

中间包数值物理模拟优化及冶金效果

通过建立1：3的水模型试验,对某钢厂的中间包进行挡墙优化及气幕挡墙试验,运用fluent6．3软件,对水模型试验结果进行数值模拟计算。挡墙优化后中间包采用方形有檐湍流控制器,下挡墙高400mm,距离冲击区的距离为2295mm。气幕代替下挡墙试验,得出较优的吹气量为1．5m^3／h,吹气位置应距离冲击区2295mm。进行...     

圆形开孔翅片管式换热器传热特性的数值模拟

翅片管式换热器是目前气液热交换设备中使用最广泛的一种,它是通过在普通基管上加装翅片来达到强化换热的目的。通过对圆形开孔翅片管空气侧的流动与传热特性进行数值模拟,得到换热器的流场特性,分析在有无扰流孔的情况下翅片管表面的局部换热系数分布规律,并得到扰流孔数、尺寸、位置因素对空气侧传热性能的影响。模拟结果表明：在一定范围内,换热器换热量随着扰流孔数量增加不断增加;随着扰流孔尺寸增大,总换热量呈减少态势;相对来说,扰流孔位置与换热量并无直接关系。     

浅层单管气-固流化床内对流换热的数值模拟

应用欧拉双流体模型对内埋单支换热管的浅层气-固(空气-石英砂颗粒)流化床进行了数值模拟,在换热管周围建立了4个观测点,得出了沿换热管圆周方向流动状况和局部瞬时换热系数的变化.结果显示:在换热管中心水平面的左右两侧壁面处颗粒更新速度较快,并有气泡上升,局部换热系数的变化也较强烈;在管壁下部颗粒运动相对平稳,并有颗粒在此滞留,局部换热系数变化相对较缓;在管壁上部颗粒有堆积,这使得颗粒体积分数在此处变化较小,局部换热系数变化也较为平缓.     

五流非对称结构中间包流动及传热特征数值模拟

为优化某钢厂非对称结构中间包内流体流动、均匀各流钢液温度、延长近水口平均停留时间,以达到提高铸坯质量的目的,对工厂原方案及两个优化方案进行流场、温度场及停留时间的数值模拟计算.结果表明无控流装置的原中间包流动及温度场分布不合理,优化方案有了明显的改善,并确定了最佳方案.     

Large Eddy Simulation for Unsteady Turbulent Field in Thin Slab Continuous Casting Mold

The unsteady turbulent flow during the continuous casting of steel is important, because it influences critical phenomena that affect steel quality. Unsteady three-dimensional flow in the mold region of the liquid pool during continuous casting of steel slabs has been computed using realistic geometries starting from the submerged inlet nozzle to the mold. The cassette filter function was used to deal with unsteady Navier-Stokes equation, and then the turbulent flow in the thin slab CCM was simulated with the large eddy simulation method combined with the Smagorinsky sub-grid scale model in this paper. And the model was verified by the Particle Image Velocimetry (PIV) experimental results which was got from a relate scientific literature. In this thesis, by means of LES, the flow characteristics in the thin slab CCM were acquired, such as the vortex distribution, the formation of the large eddy coherent structures, development, shedding and fracture process. In the same time, the turbulent asymmetric distribution was revealed even the nozzle in the centre position. Interactions between the two halves cause large velocity fluctuations near the meniscus. And the vortex is located at the low velocity side adjacent to the SEN. Along with the unsteady time development, the unsteady turbulent large vortex structures of the liquid steel in the CCM presented periodic bias flow distribution, and the period is about 20 seconds.     

熔锌工频有心感应炉熔沟的数值仿真

利用电磁场基本理论,对熔锌工频有心感应炉熔沟建立相关的物理和数学模型,求解了熔沟内电磁场和温度场分布。为熔沟参数优化设计提供了参考依据。     

反向凝固结晶器中流动与传热的数值模拟

文中根据连续统一模型建立了描述反向凝固结晶器中的流动与传热的数学模型。研究结果表明了反向凝固工艺母带增长的三阶段规律。即快速增长。平衡相持和快速回熔^[1,3,5]。通过母带厚度的实验值和模拟值的比较。验证了模型的正确性。