320mm×480mm大方坯凝固过程数值模拟及验证

以某钢厂的大方坯连铸机为研究对象,采用商业软件Pro CAST建立凝固模型,并通过射钉实验和红外线测温对模型进行验证,确保模型的准确性。将模型推广到轴承钢、弹簧钢和低合金钢,发现都能很好的与实际匹配,说明建立的大方坯凝固模型能够模拟该连铸机生产的所有钢种。经计算,轴承钢的液芯为21.31 m;弹簧钢的液芯为20.50 m;低合金钢的液芯为19.94 m。     

CSP薄板坯连铸连轧热过程的数值模拟

细致研究了CSP工艺中连铸，均热保温缓冲及其连轧过程对板坯/轧板传热的影响，建立了薄板生产热过程中板坯/轧板温度变化规律的二维非稳态数学模型，通过较精确研究连铸过程中坯壳-结晶器交界面传热，均热热保温过程辐射换热及其连轧过程中轧板-轧辊交界面传热模型，确定板坯/轧板在CSP过程中的复杂边界条件，模型计算结果与邯钢CSP生产线板坯实例数据相吻合。     

合金元素对20CrMnTi凝固组织影响的数值模拟

利用CA（元胞自动机）和FE（有限元）耦合模型,模拟齿轮钢中Si、 Mn、 Cr、 Ti 4种元素对连铸坯凝固组织的影响。模拟所得温度场和凝固组织跟实际数据基本吻合。在国标规定的成分范围内, Si含量增加可降低钢种液相线温度,增加形核动力,从而增加晶粒数目,细化晶粒; Ti含量可增加钢中异相形核数,从而增加晶粒数目,细化晶粒; Si, Ti含量增加还可降低枝晶尖端生长速度,从而减小柱状晶区域,扩大等轴晶区域; Mn, Cr含量变化对于钢种的液相线温度以及枝晶尖端生长速度影响不大,因此对于晶粒数目,等轴晶面积影响较小。     

微界面扩散过程对二元合金凝固过程数值模拟的影响

针对反向凝固工艺实验研究的传热传质现象，进行了数值模拟，讨论分析了微界面质扩散过程对二元合金凝固过程数值模拟的影响。结合实验数据，认为微观偏析模型的选择对新生相生长的影响不可忽略。     

埋地原油管道停输期间温降及原油凝固传热模型及数值模拟

假设原油凝固区域为一固相和液相组成的动态多孔介质区域,建立了土壤、管道能量方程与原油质量、动量和能量方程相互耦合的传热模型,并对埋地原油管道停输温降过程进行了数值模拟.数值模拟结果能够合理解释停输期间温度场、凝固界面和自然对流规律.     

褐煤干燥过程对流传热特性的数值模拟

以干燥器内对流传热问题为研究对象,建立了褐煤干燥过程气-固对流传热模型。通过流-固界面传热耦合,利用CFD仿真技术进行模拟,对褐煤在不同粒径、风速及温度下的干燥过程进行了数值模拟,得到不同工况下的温度场分布及对流传热系数。根据模拟结果拟合得到气-固传热关联式,结果表明该关联式与褐煤干燥过程较吻合,可为工程实践提供理论指导。     

考虑圆坯周向冷却均匀性的传热模型研究及应用

圆坯周向上冷却的均匀性对铸坯的质量有着重要影响,易引发纵裂纹、椭圆度等质量问题。基于此,特建立圆坯的径向和周向二维凝固传热模型,充分考虑其在圆周向上喷淋冷却的均匀性。利用喷嘴与圆坯间的几何映射关系,结合喷嘴冷态性能测试数据,推导并计算出沿圆坯周向上的水流密度分布。相比于板坯等平面喷淋,圆坯曲面喷淋沿周向上水流密度衰减更为急剧,喷淋的均匀性更不易控制。将模型应用于某大圆坯连铸机的凝固传热计算,考察了铸坯各二冷区末端周向上的冷却均匀性,其中一区最大温度偏差19℃,二区12℃,三区7℃,四区5℃。除此之外,计算了铸机保温罩设计对铸坯温度场的影响,相比于无保温罩,铸坯表面温度在保温罩出口区域提升了61℃,凝固终点向后推移了约1 m。     

柴油机缸内辐射传热的多维数值模拟

本文建立了柴油机缸内辐射传热多维数值计算模型.     

内燃机气缸壁面传热的数值模拟

本文建立了内燃机气缸壁面传热过程的数学模型,传热系数采用欧洲广泛使用的Woschni、Woschni-Huber、Hohenberg和Bargende提出的经验公式计算。通过MOSES-Ⅱ内燃机工作过程数值模拟计算程序进行数值模拟,并将计算结果与试验结果进行比较     

圆坯结晶器内钢液流场的数值模拟

电磁搅拌特性直接影响着结晶器内钢液流动行为。基于包含电磁力的Navier-Stokes方程,采用数值方法研究了电磁搅拌作用下的钢液流场。数值结果表明:电磁搅拌下圆坯结晶器内钢液所受电磁力呈轴对称分布,其值从圆坯边缘到中心逐渐递减,施加电磁搅拌后,钢液的冲击深度减少,结晶器液面流速增加。     

板坯连铸二冷表面传热系数预测与仿真软件

针对实验室求解表面传热系数以正确制订板坯连铸机二冷区喷水制度的需求，开发了使用修正的直接法求解一维非稳态导热反问题的软件。经校验，软件求解精度高，界面新颖，功能完善，鲁棒性能良好，避免了计算结果的大幅振荡，实用性强且能应用于其他相关领域。     

圆坯结晶器电磁搅拌磁场的数值模拟

结晶器内磁场的分布直接影响着结晶器电磁搅拌器性能。基于Maxwell方程,采用数值方法研究了影响电磁搅拌磁场的因素。数值结果表明:与结晶器水平磁场相比,轴向磁场很弱,可以忽略;磁感应强度与励磁电流呈线性关系;频率越低,磁感应强度越大。     

电渣重熔过程中传热及凝固组织的数值模拟

在凝固传热数学模型基础上,采用正态分布形核模型和二维偏心生长模型,模拟了钢锭重新凝固过程温度场及钢锭凝固组织的生长情况.数值结果表明：电渣重熔钢锭以倒“V”形的柱状晶为主,中心和底部为等轴晶,模拟结果与实验结果符合良好.随着渣温的提高,熔池变得深且宽;随着侧壁换热系数的增大,熔池深度变浅;随着重熔速度的减小,熔池深度也逐渐变浅;较低的渣池温度、较大的对流换热系数有利于等轴晶形成,而重熔速度对凝固组织的影响不大.     

板壳式换热器流固耦合换热的数值模拟

以型号为IPS24的波纹板壳式换热器为研究对象,应用CFD软件ANSYS FLUENT16.0进行流体流动及耦合换热的数值模拟。结果表明:人字形波纹板结构对板壳式换热器传热性能有显著的增强,且能够有效地防止结垢;随着入口流速的增加,总对流传热系数增加,但也会导致压力损失增加,在流速为1.0 m/s时总传热系数达到1 519 W/(m~2·K),冷、热流体进出口压降也分别高达81.2和83.1 kPa。     

等温竖壁自然对流换热的数值模拟

采用相似变换及箱形格式对等温竖壁自然对流换热进行数值模拟,计算结果与传统的相似解结果相符,表明用此方法求解自然对流换热问题是可行的。     

“球囊夹紧法”取出锁骨下动脉支架推送杆断裂残端一例

针对水平光滑管和微肋管,基于FLUENT平台对制冷剂管内沸腾传热特性进行了数值模拟,研究质量流量、热流密度及干度等因素对制冷剂R245fa沸腾换热系数的影响。模拟结果表明:沸腾换热系数随着制冷剂质量流速与热流密度的增加而提高;随着干度的增加,换热系数先增加再降低,并在x=0.7时达到极大值;相比光滑管,微肋管内制冷剂的沸腾传热系数能提高10%~25%。     

板式石蜡储热器传热的数值模拟

在相变储热器中采用强化传热技术，克服相变材料的低导热性能，是目前国内外研究的热点。应用FLUENT软件数值模拟了翅片强化板式石蜡储热器的凝固传热过程，得到随时间变化的相界面位置、总凝固时间、壁面热流、翅片温度分布等，并进一步分析了翅片对不同长宽比叫的储热器的强化传热效果。模拟结果表明，只有当ω≥1时，翅片才能对储热器起到明显的强化传热作用，研究结果可为相变储热器的优化设计提供可靠的依据。     

汽油机燃烧过程中气缸内对流换热的数值模拟

本文对Morel的汽油机缸内对流换热模型进行了改进,把一维模型应用于燃烧过程的计算,可以体现汽油机燃烧时缸内温度、组分浓度和湍流的空间变化对对流换热的影响,得到燃烧时对流换热量随时间的变化和在缸内的径向分布情况.计算实例表明,面积平均的对流换热系数远大于Woschni公式得到的计算值,缸内热流量的变化与火焰面的位置有密切关系.应用本文的数值模拟方法,还可以预测发动机的几个参数改变时,对流换热量的相应变化情况.     

膜片管通道流动与换热过程的数值模拟

采用SIMPLE算法模拟膜片管通道中的流动与换热,分析流场中出现的非线性现象以及不同管束排列方式对换热的影响。物理模型长度为185. 6 mm,高度为92. 8 mm,圆管直径为32 mm。烟气入口温度为400 K,上下两侧固体壁面温度为300 K。假设流动与换热进入充分发展阶段,雷诺数(Re)的取值范围是3 000～25 000,通入不同流速的烟气与两侧的壁面进行换热。结果表明:采用雷诺应力模型(RSM)所得的努塞尔数(Nu)与实验关联式结果最吻合,而且相对误差在5%～17%间;采用直接模拟(DNS)模拟时,稳态到非稳态的临界Re是100;在同一Re时,随着管间距减小,Nu是逐渐增加的,当Re取为25 000,管束水平间距和竖直间距均取为43. 2 mm时,通道换热能力达到最大且相应的Nu是195. 23。