合金化过程中抑制烟囱效应的数值模拟研究

以热镀锌机组合金化炉为研究对象,建立合金化炉内空气流动与热交换的物理模型和数学模型,对炉体侧封不同高度以及增设阻流板前后情况进行对比,研究阻流板对带钢表面温度的影响。利用CFD软件,采用标准k-ε湍流模型,对合金化炉内流场和温度场的分布进行数值模拟研究,得到炉内流场和温度场分布特征。结果表明:在相同的加热功率条件下,炉体无侧封高度,增设阻流板将有助于提高炉内气流温度;然而,在炉体侧封高度分别为0.09、1.29 m的情况下,阻流板抑制炉内热气流的烟囱效应,阻碍热气流对带钢的加热作用,导致带钢表面温度降低。     

透气塞对保温炉铝液精炼效果的影响

论述了保温炉内通过透气塞对铝液进行精炼净化,去除杂质的方法,重点论述了透气塞精炼的优点、透气塞在保温炉内的分布状况,并对实际除氢效果进行了分析。对于85t矩形保温炉,采用18个透气塞精炼时,除氢效率能够达到30%~40%。通过优化透气塞在保温炉内的分布,改善透气塞与周围耐火材料的兼容性,能够显著提高除氢精炼的效果。     

热处理工艺对合金化高锰钢组织及性能的影响

以合金化高锰钢Mn13Cr2为研究对象,通过微观组织观察、硬度测试等试验方法,研究固溶处理对合金化高锰钢组织与性能的影响。研究表明:合金化高锰钢铸态组织中弥散分布着大量块状和针片状碳化物,存在于晶界上与晶界内。经550℃保温1.5 h后淬火处理,合金化高锰钢基体组织中部分奥氏体分解为珠光体;继续升温处理,珠光体成为奥氏体形核界面,在一定程度上可以细化奥氏体组织。合金化高锰钢的最佳热处理工艺为:100℃/h的加热速度加热到550℃保温1.5 h,再650℃保温2 h,最后1080℃保温2 h,淬火,可使晶粒发生细化,晶粒尺寸达到170μm。此工艺下,合金化高锰钢的硬度为220 HBS。     

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.     

热型连铸保温炉流场与温度场模拟及其结构优化

利用CFD软件FLUENT对自制横引式一股四流单晶铜热型连铸保温炉结构进行数值模拟,并提出优化方案。结果表明,现用保温炉的四流连铸出流口单边等距位置结构分布不合理,进流口铜液对靠近进流口位置的1号、3号出流口铜液扰动较大;温度场分布不均匀,进出流口最大温差近5K,且出流口1号、3号与2号、4号存在较大温差。采用双边对称、不等距结构,即进流口与1号、3号出流口距离增大到198mm的方案,炉膛内铜液的流动分布表现合理,各出流口温度几乎一致。     

Fe-Zn相图不同相区温度合金化锌镀层生长过程模拟

目的 优化GA镀层的成形性能，建立GA镀层物相生长模型，调控镀层物相组成，得出最佳合金化镀层物相组成对应的工艺参数，以指导生产。方法 依据最新的Fe-Zn相图，构建镀层合金化模型，模拟镀层物相η、ζ、δ和Γ生长过程及物相沿镀层截面分布、镀层合金化过程Fe含量变化。结果 成功模拟了Fe-Zn相图不同相区物相的生长过程，模拟530 ℃以下温度物相转变为η→ζ→δ→Γ，530 ℃以上温度物相转变为η→δ→Γ。模拟得到最佳镀层物相组成对应的合金化工艺为，510 ℃保温9.7 s，540 ℃保温6.8 s。研究得到了合金化过程中镀层Fe含量的变化规律，在合金化前期，Fe含量增加的速率较快，随着合金化程度的提高，镀层中Fe含量的增加速率减慢。结论 建立的GA镀层物相生长模型可以模拟得到不同合金化温度下最佳的工艺参数，为合金化热处理生产GA镀层提供了工艺参考。     

403不锈钢锻件的加热工艺

结合软件的二次开发,对403不锈钢锻件加热过程进行有限元数值模拟,研究结果发现:403不锈钢锻件同一位置,倒置入炉的加热温度明显高于正置入炉的加热温度,保温1. 5 h,表面同一位置的温度相差约20℃,而越靠近心部,相同位置的温度差别越小;工件正置随炉升温,淬火工艺保温时间1. 5 h不足以使锻件心部完成奥氏体化,有大量的铁素体和碳化物残留,心部的最低温度比完全奥氏体化温度760℃还约低70℃,将保温时间延长至3. 0 h,表面最高温度达到952℃,心部最低温度达到873℃,铁素体及碳化物完全转变为奥氏体;然而,当热处理炉温度达到970℃后,再把工件放入炉中加热7. 0 h,工件表面及心部温度达到964～970℃之间。在随炉加热过程中,锻件内的应力先增大后减小,入炉方式对Mises应力分布的影响较小。但工件随炉升温与热处理炉到温970℃后放入工件相比,后者的等效应力明显比前者的等效应力大,并且应力峰值出现的时间大幅度的提前。     

铅锌冶炼烧结点火炉点火过程数值模拟

为了探究铅锌冶炼工艺中烧结点火炉内点火过程的多物理场分布规律,本文以某企业带式点火炉为研究对象,构建了炉内天然气流动、燃烧与传热过程的数学物理模型,并考虑了铅锌矿料化学反应热以及料层阻力的影响,对点火炉内的点火过程进行了详细的数值模拟研究,深入分析了炉内速度场、温度场和浓度场的分布规律,评价了点火料层的温度均匀性,并分析了其产生的原因,最终总结了点火炉的优化改造建议。结果表明：点火烧嘴中高速气流相向运动形成撞击面,破坏了炉内流场的稳定性;点火段主要位于两排主烧嘴的下方料面区域;主烧嘴气流受点火烧嘴气流的影响而发生偏转,导致点火段料面存在局部低温区,不利于料层的均匀着火。     

短线圈工频前炉的冶炼作用

利用短线圈工频前炉的电磁搅拌作用,可有效地进行铁液脱硫、脱氧和去杂的精炼处理,与冲天炉双联可直接对铁-渣分离后的铁液进行保温、升温以及能在较高纯洁铁液里进行某些合金化处理,冶炼操作简便可行,促进了优质铸铁件的稳定化、经济性生产.     

热镀锌机组退火炉节能优化的数值模拟

针对某钢铁公司热镀锌机组退火炉直燃加热段(DFS)内复杂的燃烧、流动、传热过程与其操作参数的关系,利用CFD技术进行建模与仿真计算,研究了烧嘴的空燃比与空气预热温度对炉内组分浓度场与温度场的影响。模拟结果表明,直燃加热段空燃比在4. 0及以下,炉段内的还原性气氛符合生产工艺的要求;模拟找出了与试验工况截面温度一致的几组优化组合操作参数(空燃比/空气预热温度),分别为3. 7/720 K、3. 8/600 K、3. 9/450 K和4. 0/300 K,此时DFS出口及中心截面的平均温度与试验工况的3. 5/600 K一致,其中4. 0/300 K工况下,煤气用量减少11. 88%,节约能源明显。     

圆筒形井式渗碳炉内流场的数值模拟

为了改善大型渗碳炉的均匀性,本文应用数值计算方法研究圆筒形井式渗碳炉炉膛内的流动传热过程,假设炉内流场满足定常、不可压缩轴对称条件、炉内气体可以应用理想气体状态方程。利用有限差分技术对通用方程进行离散化。同时采用贴体坐标较好地解决边界不规则的问题。文中给出了炉内的流场和温度场,并分析了影响炉内气体流动和温度分布的主要因素和应注意的地方,提出了改进的措施,对生产和炉子设计有一定的指导意义。     

高炉风口回旋区三维数学模型

建立了高炉风口回旋区气体运动，温度分布和物质传输的三维数学模型，用它预报生产高炉回旋区内速度场，温度场和浓度场。     

高参数金属波纹管集装式机械密封腔内流场动力学特性研究

以计算流体动力学(CFD)数值计算理论及方法为基础,对处于高速、高温、高压复杂工况的波纹管集装式机械密封装置腔内流场进行了数值模拟分析,得到了密封腔内介质的温度场、压力场、湍动能及流场区域涡量分布,分析了腔内流体的流动及传热动力学特性,为动、静环温度场的热流固耦合数值算法提供依据.     

阳极焙烧炉火道数值模拟研究

根据阳极焙烧炉火道内的热工过程,建立了相应的数值仿真模型。运用Fluent软件对焙烧炉火道进行了数值模拟计算,研究了火道内的温度场、流场、浓度场的分布规律。计算结果表明,火道内的挡墙和挡砖对火道内的温度场、流场分布影响很大。     

热送热装工艺的数值模拟

为了研究热送热装工艺过程中铸坯的温度变化和热量得失,优化现场生产制度,以某钢厂的热送热装工艺为依据,利用有限元法建立了倒角坯冷却凝固、辊道运输和在炉加热的二维传热模型,并结合现场测温验证了模型的正确性。结果表明,铸坯在热送过程中会形成角部温度最低、窄面次之、芯部温度最高的类椭圆形温度分布;在炉加热过程中低温区域会由角部逐渐向芯部移动,会逐渐形成角部温度最高、芯部温度最低的类椭圆形分布。在炉加热时,铸坯在加热一段吸热量最大,约占总吸热量的52.01%,对加热影响最大;其次为加热二段,所占比例为35.26%,预热段和均热段吸热量较小。通过对热送热装工艺的数值模拟研究,发现现有工艺存在铸坯在炉加热时间过长的问题,现有工艺下铸坯进入均热段368 s即可出炉,可以通过调节生产节奏或降低炉温的方式,提高产量或降低加热炉能耗。     

外加磁场对镁合金焊接熔池形态的影响

以镁合金焊接熔池为研究对象,建立了移动热源作用下焊接熔池的三维数学模型. 利用大型通用有限元软件ANSYS将电磁场分析结果导入到热流场分析中,实现电磁场和热流场之间的耦合分析. 模拟了无外加磁场作用下以及外加磁场作用下镁合金焊接熔池的温度场分布和流体流动的速度矢量分布. 结果表明,外加磁场产生的电磁力驱动熔池中熔融的液态金属发生旋转运动,改变了液态金属原有的运动方式和传热方式,流体流动速度和流动范围增加,焊缝熔宽增大,熔深减小. 试验结果验证了模拟结果的可靠性.     

磁流变减振器的温度场分析

针对目前磁流变减振器的温度场研究较少且现有技术手段无法监测到减振器内部的温度分布,考虑温度对减振器性能的影响,对温度场的分析十分必要。理论分析得到温度对减振器阻尼力及可调系数的影响;考虑到流固传热及流场的相互耦合作用,分别建立流场及流固传热数学模型。在仿真软件中对减振器进行多物理场耦合建模,分析磁流变减振器的温度变化,得到其内部磁流变液的流动状态及变化规律。通过改变活塞头冲程和参数化扫描改变其阻尼间隙,获得不同条件下的温度场、流场分布状态。     

邯钢3500mm热轧板坯升温过程温度应力场仿真研究

为提高中厚板坯加热效率和防止出现热应力裂纹,本文在热弹塑性分析理论基础上,采用有限元方法,建立了邯钢3500mm板坯加热过程分析模型,研究了中厚板坯加热过程中全时域内热应力场变化规律,并优化了中厚板坯加热工艺,提高了板坯加热质量。     

A thermal system model for a radiant-tube continuous reheating furnace

A thermal system mathematical model developed for a gas-fired radiant-tube continuous reheating furnace is discussed. The mathematical model of the furnace integrates submodels for combustion and heat transfer within the radiant tube with models for the furnace enclosure. The transport processes occurring in the radiant tube are treated using a one-dimensional scheme, and the radiation exchange between the load, the radiant-tube surfaces, and the furnace refractories are analyzed using the radiosity method. The continuous furnace operation is simulated under steady-state conditions. Model simulations of load surface temperature variation compare well with measurements in an industrial galvannealing furnace. The scope and flexibility of the model are assessed by performing extensive parametric studies using furnace geometry, material properties, and operating conditions as input parameters in the model and predicting the thermal performance of the furnace. The various parameters studied include the effects of load and refractory emissivities, load velocities, properties of the stock material, and variations in the radiant-tube designs.     

基于FLUENT的车外环境热负荷对汽车内部温度分布影响的暂态分析

汽车外环境因素对于汽车室内的温度分布具有重要的影响.基于FLUENT软件,采用数值仿真法分析了环境温度、日照强度、车外风速等热负荷对车内温度分布的影响,并考虑紊流流动和车外壳与座椅的耦合传热,对车内的流动状态和温度场分布进行了暂态分析.计算结果表明:车体表面为动态变化的非均匀温度场,车体不同位置处的表面温度梯度差别较大,最高温度部位位于车顶部,车体两侧从上到下温度逐渐递减,且车外风速越大,车体的温度越低.空调开启瞬间,车内流场为复杂的紊流流动,后排座椅周围的空气温度较前排的温度率先降低.本研究可为汽车内热舒适性优化设计提供理论依据.