5流连铸中间包流场温场数学模拟

采用数学模拟方法,研究了5流连铸中间包采用不同导流隔墙的钢液流场温场. 模拟结果表明,采用原导流隔墙的中间包,钢液从导流孔流出后,直接流到中间包水口,在第一流水口上方存在大的死区,钢液温度分布不均匀,高温区和低温区温度相差10.7℃,各水口的钢液温度相差4℃. 采用改进的导流隔墙,钢液流出导流孔后,大部分钢液在中间包上部流动,钢液的流动路径增加,死区体积变小,钢液温度分布比较均匀,中间包各流水口之间的温度相同.     

中间包水模型数据的流出百分比分析方法

针对已有停留时间分布曲线或F曲线分析方法在归一化过程中,将单流中间包流出百分比或多流中间包中各流流出百分比之和限定为100%,将示踪剂流出总量信息掩盖,导致结果不精确的问题,本工作提出了流出百分比的分析方法,通过计算可以将物理实验结果转化为各流实时的流出百分比曲线。以流出百分比曲线为基础,计算得到时间加权平均方差和剩余示踪剂百分比,并以此对单流、四流中间包水模型实验结果进行分析。结果表明,采用流出百分比方法能对实验结果进行校对,进一步验证实验的可重复性。同时可对比双挡墙和U型挡墙控制装置设置下,四流中间包监测时间终点流出百分比差异及两倍理论停留时间时刻的死区比例大小。并可直观对比多流中间包不同挡墙下各流的一致性,及在单流堵塞后示踪剂在其他各流的分配及一致性。     

五流梯形中间包结构优化

利用数值模拟和水模实验对南京钢厂五流小方坯连铸机梯形连铸中间包进行了结构优化研究.研究结果表明,原型中间包由于冲击区距3,4流距离过短,存在明显的短路流,各流间钢水分配及响应时间等差别较大,死区体积分率高,平均高达44.5%.采用湍流控制器+围墙+导流坝组合控流装置后,3流和4流的响应时间明显增加,分别增加到11和13 s,各流流动特性趋于一致,平均死区体积减小至29.1%.研究结果有利于促进连铸生产顺行和铸坯质量的提高.     

广钢中间包流动控制的等温和非等温水模型

广钢中间包采用三流和入流非对称布置的结构,生产中钢水流动不稳定,温度不均匀.利用等温和非等温水模型分析了几种流动控制方案.模拟实验发现,采用带导流孔的V型堰板,可使1流和3流之间钢水平均停留时间差减少58.1%,温度差减少81.6%,死区由23.2%减至8.3%.     

中间包镁质挡渣堰的研制与使用

中间包设置挡渣堰是为了改变钢流的运动轨迹,从而达到以下目的:(1)适当延长钢液在中间包内的停留时间,使钢液中的夹杂物有足够的时间充分碰撞、聚集、上浮,以净化钢液;(2)使钢流到达各流中间包水口的时间基本相同,以均匀各流的温度,减少拉漏和结塞现象;(3)改变中间包的流场分布,使钢液流体动力状态达到最佳;(4)减少滞流区,增加层流区。     

多流中间包内流体浪动模式的分析方法

提出了多流中间包内流体流动的联合RTD曲线分析方法,并从整体上对多流中间包平均停留时间作出新的解释.以某钢厂多流中间包为模拟对象,进行了水力学模拟实验,采用联合RTD曲线分析方法对多流中间包内流体流动模式进行分析,并与常用的方法进行了比较.实验结果表明,不考虑死区的缓慢流动将会使死区的计算结果产生较大偏差.运用联合RTD曲线分析计算多流中间包内流体流动模式,能够更真实地反映中间包内实际流动状况.     

多流中间包内流体流动模式的分析方法

提出了多流中间包内流体流动的联合RTD曲线分析方法,并从整体上对多流中间包平均停留时间作出新的解释.以某钢厂多流中间包为模拟对象,进行了水力学模拟实验,采用联合RTD曲线分析方法对多流中间包内流体流动模式进行分析,并与常用的方法进行了比较.实验结果表明.不考虑死区的缓慢流动将会使死区的计算结果产生较大偏差.运用联合RTD曲线分析计算多流中间包内流体流动模式,能够更真实地反映中间包内实际流动状况.     

5流中间包内钢液流动特性的优化

采用水力学模拟实验方法,对石钢5流0号中间包内钢液流动特性进行优化,选用离散系数描述多流中间包各流流动特性的一致性. 以平均停留时间为主评价指标,峰值时间、滞止时间及离散系数为参考评价指标. 考虑的影响因子有湍流抑制器、挡墙、挡坝和拉速. 研究结果表明,较圆形湍流抑制器,使用方形湍流抑制器可提高平均停留时间12 s;V型挡墙可显著改善各流钢液流动特性的一致性;此外,建议中间包内不添置挡坝,拉速控制在1.5 m/min.     

连铸中间包多孔挡墙设置优化的数学物理模拟

采用水力学数学模拟的方法,研究了不同方案多孔挡墙对昆钢小方坯连铸中间包流动特性的影响.水力学模拟依据相似原理,用刺激-响应实验方法,测定不同工况下停留时间分布(RTD)曲线,得到不同方案多孔挡墙对中间包流体流动的影响,从而确定新挡墙的设计方案.用数学模拟的方法验证水力学模拟的合理性.研究结果表明,使用合适的多孔挡墙,可以延长水口响应时间及平均停留时间,活塞流体积分数提高27.5%,死区体积分数降低29.9%,中间包内流体流动特性得到明显改善.     

旋流中间包夹杂物碰撞去除的数值模拟

旋流中间包是在中间包注流区内设置旋流室，钢液经长水口从旋流室底部沿着切线方向流入中间包内，使重力势能转化为旋转动能，旋转的钢液促使夹杂物向旋流室中心聚集，促进夹杂物碰撞聚合长大。用ANSYS Fluent中的PBM模型模拟了夹杂物在旋流中间包内碰撞聚合长大，用DPM模型模拟不同粒径夹杂物的轨迹和去除率。结果表明，相同操作条件下，考虑夹杂物之间的碰撞聚合时，无旋流室中间包的夹杂物平均直径从3.93 μm增至4.25 μm，夹杂物去除率为40.07%；旋流中间包夹杂物的平均直径从3.93 μm增至4.35 μm，夹杂物去除率从30.09%提升至43.20%。旋流中间包对夹杂物的去除能力优于无旋流室中间包。     

孔盘式液体分布器内液体流动对布液孔出流均匀性的影响

借助包括双欧拉均相多相流模型、VOF界面追踪方法和SST k-ω湍流模型的CFD模型,对孔盘式液体分布器内的流场对布液孔出流均匀性的影响进行研究。首先以单孔流动时的液体流量为标准值,通过与标准值的偏差来评估布液孔的出流不均。根据偏差的大小,可以衡量分布器内流动对布液孔出流的影响。然后结合孔前流动区概念对模拟结果进行分析,发现布液孔出流不均是由分布器内液体流动不均造成的。最后,提出了通过改变进料管位置来优化盘式液体分布器结构。计算结果表明,改变进料管的位置可以避免大规模不良分布,进而提高液体分布器的性能。     

Dense phase powder feeding from an annular fluidized bed

Solids and gas efflux rates have been measured for multiple circular and slot openings on the inner boundary of an annular fluidized bed. Square-edged and sharp-edged orifices were used with copper concentrate particles of mean diameter 64, 90 and 159 μm. Solids efflux results are in good agreement with those obtained by previous workers using single orifices and more rounded particles. Temporal and spatial uniformity of the solids efflux are satisfactory. Gas efflux rates were found to exceed theoretical estimates. The annular fluidized bed feeder appears to offer attractive advantages of high solids—gas loading ratios, uniform flow, good controllability and simultaneous reactor wall cooling and feed stream preheating for high-temperature short residence time reactors.     

支流电场中的单气泡行为

The investigation on bubble behavior in electric field helps to analyze the mechanism of electric enhancement of boiling heat transfer. Experiments were performed to investigate the bubble deformation in direct current （DC） electric field with bubbles attached to the orifice. The air bubbles were slowly generated in the transformer oil pool at different orifices, so that the effect of flow on bubble shape was eliminated. The results showed that the bubbles were elongated and the departure volume decreased when the electric field was intensified. The major and minor axes, aspect ratio and departure volume increased with increasing the orifice diameter. Both the electric field and orifice size have great influence on bubble behavior. The bubble deformation was also simulated to compare with the experimental results. The numerical and experimental data qualitatively agree with each other.     

无伴流约束射流中的环流现象和湍流特性

通过流场显示及激光多普勒测速仪测定湍流特性等实验方法考察了管内的无伴流约束射流。结果表明，在管内作无伴流射流时，环流区的起始点显著提前，环流区的终点位置基本不受射流流量的影响，但终点位置随射流入口直径变小而向下游移动，环流区中心轴上的湍流强度大幅度增强。     

平面防冲挡板式分离器冲击区非稳态湍流特性

为了获得较好的液液重力分离器沉降区流场,需要对初始进入的流体进行整流,使其进入分离区前流动平稳均匀。为此将平面防冲挡板改进为整高度矩形挡板,并采用VOF多相流模型对矩形截面分离器冲击区流动特性进行分析。考察了冲击区的喷嘴入口直径(d)、入口至防冲挡板间距(lb)、防冲挡板的宽度(w0)对挡板处和折流板处的速度相对不均匀度(Mf)及平均湍流强度(Iave)的影响。结果表明,综合考虑速度相对不均匀度Mf和平均湍流强度Iave,入口直径取d/w≥0.16较有利(w为沉降器宽度的二分之一);防冲挡板至入口间距的较佳取值范围为lb/w=0.33~0.53;防冲挡板宽度w0/w≥0.27时效果较好。对折流板处均匀度与湍流强度分别归一化后的相关数值进行统计分析,在分析加权前后的总区间变化率时应优先考虑d/w区间。在d/w区间挡板处与折流板处的湍流强度与均匀度都有较好的线性相关性,随着均匀度增加,湍流强度增加。     

纺粘法扁平狭缝牵伸器喷射流场的数值模拟

采用标准K-ε模型描述了纺粘法扁平狭缝流道牵伸器喷射流场的湍流运动,利用有限差分法对该模型求解。通过对6种纺粘法牵伸器喷嘴的喷射流场进行数值模拟,得到了相应的流场矢量图。分析流场矢量图发现,适当减小拉伸段宽度,增加喷射喷口长度,适当选择牵伸器喷口宽度和牵伸器的拉伸段长度,有利于提高气流速度,从而有利于对聚合物熔体进行气流拉伸,使纤维直径变细,提高纺粘法成网的质量。     

Characteristics of vertical sharp-edged orifice discharge（Ⅲ）Effect of geometry on orifice discharge coefficient

通过实验,分别考察了相同流通截面积下,圆形、椭圆形、正方形、矩形和三角形等不同几何形状的垂直锐边典型“大孔”和“小孔”的自由出流特性。所得孔流系数曲线形态基本相同,孔流系数值略有差异,圆孔最高,三角形最低,说明孔几何形状对孔流能量损失有一定影响,但不是关键结构参数,不会从根本上改变孔流机理。其能量损失差异可根据孔口的水力半径、锐角界面张力以及非圆形孔射流的穿透现象加以解释,藉此对前期的圆孔流动机理进行了补充。此后,为了详细考察孔形状对孔流速度分布和能量损失的影响,采用计算流体力学软件Fluent 6.2对其进行了模拟,模拟流场说明孔形状对孔前流动影响区的主体范围和速度分布基本没有影响,孔前流动的机械能损失仍可采用半球形模型研究,进一步说明不同孔形状的孔流机械能损失差异是入孔以后造成的。     

撞击流反应器流场数值模拟及其混合性能优化

利用数值模拟方法分析多喷嘴对称撞击流反应器内部流场以优化反应器结构。研究不同喷嘴数和进料条件对撞击流反应器内速度场、湍流特性及混合效果的影响。结果表明,不同喷嘴数撞击流反应器内流速分布为双峰型,等流速工况下速度梯度随喷嘴数增加而减小,高剪切力分布范围随喷嘴数增加先增大后减小。通过分析湍流尺度分布发现小尺度涡旋主要集中在撞击区,而大尺度涡旋主要集中在发展区,且四喷嘴撞击流反应器平均剪切应力及涡旋尺寸梯度最大,四喷嘴结构更有利于增强流体湍动强度并强化混合。撞击流反应器内平均湍动能随喷嘴数增加先增大后减小,其中四喷嘴撞击流反应器内平均湍动能最大。当撞击流反应器为四喷嘴结构时,其混合效果最好,完全混合时间最短为22 s。在本研究工况内四喷嘴结构为撞击流反应器混合的最优结构。