旋转喷吹除气箱中气液两相流动行为的数值研究

利用欧拉模型和多参考坐标系法对旋转喷吹除气箱中的气液两相流场进行数值模拟,提出基于计算域的选取获取自由液面波动的建模方法,并考察了不同因素对除气箱内气液两相流动行为产生的影响.结果表明.提出的获取自由液面波动的建模方法是可行的.随气泡直径的减小、搅拌转速的增加,气体在除气箱中停留时间延长.与铝熔体接触面积增大,气体在除气箱中的分布得到改善,有利于铝熔体的净化.此外,采用圆柱形除气箱,气体大多聚集在转杆周围,且易发生打漩现象,这对铝熔体的除氢不利.     

底吹钢包内流动与混合的数值模拟

利用数值模拟的方法对几种典型喷吹方式的底吹钢包内的流动与混合过程进行了理论分析结果表明,变化喷吹方式,即从中心喷吹到偏心喷吹、从单喷嘴喷吹到双喷嘴喷吹,钢包内的流动混合状态得到改善,因而有助于缩短钢包内的均匀混合时间     

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。     

底吹氩精炼过程中钢包内流体流动的数值模拟

基于气-液双流体模型和湍流的修正k-ε模型,对底吹氩钢包精炼过程中熔池内流体流动提出了一个新的三维数学模型,应用该模型于120 t VOD的真空底吹氩精炼过程,对单孔及多孔底吹氩条件下钢包内流体的流动作了模拟和估计.     

冶金过程中的气液两相流模拟

冶金过程是一个涉及高温、多相流动和复杂物理变化及化学反应的多个反应单元体串联和并联的冶炼过程。目前由于单元反应器现场条件的复杂性和测量观测手段的限制,数值模拟和物理模拟相结合的研究方法已成为重现和解析其物理现象及传输机理不可或缺的手段。在洁净钢的冶炼中,由于气相的参与,形成了复杂多变的气液两相流,对反应器内的传输行为产生重要影响。两相流模拟的核心在相界面上,相间动量传递模型和相间作用力模型的精确性是准确预报不同两相流体系中气相分布的关键。本文综述了冶金过程中基于Euler体系模拟气液两相流动的几种基本模型,以及相间作用力模型和湍流模型。总结了不同冶金过程和反应器内(转炉炼钢、电炉炼钢、精炼、中间包、结晶器)气液两相流动传输行为数值和物理模拟的应用和发展趋势。     

富氧底吹熔炼炉内氧枪结构参数的优化分析

以提高底吹熔炼炉反应区的熔炼效率及优化底吹炉反应区的氧枪结构参数为目标,运用数值模拟的方法,建立底吹熔池熔炼炉内气液两相流动的三维数学模型。应用正交表设计数值模拟的试验方案,以气含率、熔池内熔体平均速度以及平均湍动能为优化指标,采用田口方法对底吹熔池熔炼炉进行了氧枪结构多目标优化研究。结果表明,通过统计分析方法得到氧枪结构最优组合如下:氧枪直径为0.06 m,氧枪间距为0.98 m,氧枪倾角为17°。对优化结果进行统计验证,表明采用田口方法优化底吹炉氧枪结构可行,优化结果可靠。     

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。     

管道内气液两相流动腐蚀研究进展

气液两相流腐蚀是管壁附近流体流动与腐蚀作用的耦合,根据气液两相流与管壁的接触状况,可将流型划分为分散流、间歇流和分离流。本文从流动的角度,系统阐述了这三种流型流动腐蚀机理以及研究进展。通过对腐蚀机理研究进展的归纳分析,本文提出了预测气液两相管道内流动腐蚀最严重位置方法,并指出了不同流型流动腐蚀的研究方向,为气液两相流动腐蚀的防护提供参考。     

出口角对离心泵内固液两相流动影响

采用欧拉多相流模型、标准k-ε湍流模型与SIMPLEC算法,应用计算流体力学软件Fluent,对3台不同叶片出口安放角的离心泵内的固液两相湍流进行了数值模拟,分析了叶片出口安放角对泵内部固液两相流场的影响.计算结果表明:在叶轮流道内,固体颗粒的相对运动方向比液相更偏向叶片压力面,大叶片出口角叶轮内两相速度的夹角较大.通过对比不同叶轮内压力分布及固体颗粒体积浓度分布,得出以下结论:大出口安放角的叶轮压力面附近聚集了更多的颗粒,导致大量颗粒与叶片尾部的压力面相撞;叶片出口安放角增大使得叶轮出口压力增大.     

156 kA铝电解槽内电解质两相流动的数值模拟

以商业CFD软件CFX4．3为平台，采用欧拉-欧拉方法中多流体模型和标准湍流模型，对156kA铝电解槽内电解质层的气液两相流动流场（半槽）进行数值模拟。结果表明：阳极气体的推动对铝电解槽内的电解质运动起主要作用，电磁力的影响也较显著；电解质运动主要是以每个阳极周围的小循环为主；流速较大的区域主要分布在阳极间缝以及中缝和大面正对阳极间缝处；阳极气体的平均流速为0．199m／s，最大流速为0．74m／s；电解质的平均流速为0．079m／s，最大流速为0．717m／s；阳极以下以及大面和中缝正对阳极间缝处湍流最强。     

Experiment and numerical simulation of two-phase flow in oxygen enriched side-blown furnace

Taking an oxygen enriched side-blown furnace as the prototype, a hydraulic model was established according to the similarity principle. The influence of three factors on the gas—liquid two-phase flow was analyzed, i.e. the airflow speed, the submerged depth and the downward angle of the nozzle. A numerical simulation of the hydraulic model was carried out trying to find the suitable turbulence model which can describe the side-blown two-phase flow correctly by comparing the simulation results with the experimental data. The experiment shows that the airflow speed has a great influence on the flow of the water. The submerged depth of the nozzle has a relatively smaller influence on the penetration depth and the surface fluctuation height in the liquid phase. When the nozzle is at a downward angle of 15°, the penetration depth and the surface fluctuation height are reduced. It is concluded that the numerical results with the realizable k–ɛ turbulence model are the closest to the experiment for the penetration depth, the surface fluctuation height and the bubble scale.     

Copper smelting mechanism in oxygen bottom-blown furnace

The SKS furnace is a horizontal cylindrical reactor similar to a Noranda furnace, however, the oxygen enriched air is blown into the furnace from the bottom. Mechanism model of the SKS process was developed by analyzing the smelting characteristics deeply. In our model, the furnace section from top to bottom is divided into seven functional layers, i.e., gas layer, mineral decomposition transitioning layer, slag layer, slag formation transitioning layer, matte formation transitioning layer, weak oxidizing layer and strong oxidizing layer. The furnace along the length direction is divided into three functional regions, that is, reaction region, separation transitioning region and liquid phase separation and settling region. These layers or regions play different roles in the model in describing the mechanism of the smelting process. The SKS smelting is at a multiphase non-steady equilibrium state, and the oxygen and sulfur potentials change gradually in the length and cross directions. The smelting capacity of the SKS process could be raised through reasonably controlling the potential values in different layers and regions.     

渗氮炉内流速场的数值模拟

为了研究渗氮炉内气体的分布状态,建立了三维湍流数学模型,应用计算流体动力学(CFD)的方法分别得到了渗氮炉空炉和加入工件时的气体速度分布.该渗氮炉空炉时工作区域内气体速度比较均匀,工件加入后渗氮炉内流速场变化很大,因此对于不同形状和炉内不同位置的工件,需要分别模拟计算各自的速度场.同时用数字涡轮风速仪对炉内的气体流速进行了测量,测量结果与模拟计算结果基本吻合,所以该数值模拟方法可以作为热处理工艺和热处理炉型优化设计预测的依据.     

Numerical simulation analysis of Guixi copper flash smelting furnace

A numerical simulation analysis for reactions of chalcopyrite and pyrite particles coupled with momentum,heat and mass transfer between the particle and gas in a flash smelting furnace is presented.In the simulation.the equations governing the gas flow are solved numerically by Eular method.The particle phase is introduced into the gas flow by the particle-source-in-cell technique(PSIC),Predictions including the fluid flow field,temperature field,concentration field of gas phase and the tracks of particles have been obtained by the numerical simulation.The visualized results show that the reaction of sulfide particles is almost completed in the upper zone of the shaft within 1.5m far from the central jet distributor (CJD)type concentrate burner,The simulation results are in good agreement with data obtained from a series of experiments and tests in the plant and the error is less than 2%.     

Numerical simulation of complex multi-phase fluid of casting process and its applications

In simulating complex multi-phase fluid some key problems must be taken into account, namely, turbulence problem, surface tension, heat transfer, phase-change etc. To model the multi-phase fluid exactly, these key problems must be dealt with properly at the same time. In this paper, after reviewing previous works on fluid field simulation, a mathematics model was set up to describe multi-phase fluid, including turbulence, surface tension, heat transfer, phase-change problems etc. Based on a Fi…     

环式阳极焙烧炉热工过程的数值模拟

通过对环式阳极焙烧炉的热工过程进行系统理论分析, 建立了焙烧炉热工过程的数学模型. 对焙烧炉进行模拟计算的结果表明 焙烧过程中阳极内部温差最大的地方主要集中在炉顶, 应采取相应的措施减少炉顶的热损失以保持阳极焙烧温度的均匀性; 同时, 不同的火焰循环时间和空气渗漏对焙烧的能耗影响较大, 降低火焰循环时间将导致能耗增加, 而降低空气渗漏量则可极大地降低能耗.     

蓄热式铝熔炼炉熔炼过程的数值模拟

为了更好地研究和优化铝熔炼炉的性能,针对现有的蓄热式圆形铝熔炼炉,在建立合理的铝熔炼炉基本模型的基础上,通过耦合用户自定义熔化模型和氧化烧损模型,运用计算流体力学软件FLUENT实现燃烧空间和熔池的耦合物理场的数值模拟。着重研究不同固液区和不同孔隙率对铝及铝合金熔炼过程的影响。结果表明,该模型较好地反映铝熔炼炉的熔炼现象,可运用该模型进行铝熔炼炉熔炼过程工艺参数的优化研究。同时获得了固液区和孔隙率对熔炼参数影响规律:铝液温度在固液区上升缓慢,而离开固液相线时,铝液温度上升速度加快,炉膛温度和氧化层质量随着熔炼时间分别呈周期性增加和呈抛物线增加;随着氧化层厚度的增加,铝液温度随着孔隙率的增加而增加变得缓慢。     

闪速炉反应塔炉膛内形的数值模拟与在线显示

采用传热数值计算的方法对闪速炉反应塔塔壁进行了模拟,获得了反应塔壁面温度分布及其内壁挂渣层厚度的仿真计算结果,首次实现了反应塔炉膛内形成的在线显示。用于工业生产后,经现场检验,软件仿真计算结果与实际数值接近,其中炉膛温度相差不足40℃,挂渣层厚度平均误差＜3％,可完全满足生产要求。该软件的研制为实践中实现反应塔炉膛内形实时监控创造了条件,并成为闪速炉生产操作优化的理论依据。同时通过仿真研究发现,冷却水套对反应塔炉膛内形影响显著,加强冷却系统的强度将有利于保护炉衬,延长炉体寿命。     

真空炉隔热屏保温效果的数值仿真

金属炉胆的真空炉主要用于处理一些对真空气氛要求较高的金属产品,炉胆的隔热屏制造成本较高并且不易改动。通过对WZDGQ-40型真空炉的金属隔热屏保温效果进行仿真研究,得到每层隔热屏的温度场情况。结果表明,调整中间两发热带的距离为200 mm时,炉胆外层温度降低80 ℃。合理的发热带宽度和发热带间距能够较好提高炉胆的保温效果,为今后该类型装备制造提供一定的参考价值。