多流T型中间包流场和温度分布模拟研究

针对6流和8流T型连铸中间包内钢液的流动情况建立了数学模型,采用FLUENT商业软件计算了两种构造的中间包内钢液的流动状况和温度分布情况。比较不同出口之间钢液流速和温度分布的差异,研究结果显示8流中间包和6流中间包的温度场和速度场分布大致相同,但两种中间包内各出口的温度差却存在较大差异,8流中间包的最大温差较6流中间包大2 ℃。通过研究确定了有利于发挥中间包冶金功能的中间包设计方案,为中间包的设计优化和现场生产提供了理论依据。     

在线布流调节影响铸嘴型腔熔体流场和温度场的研究

建立了在线布流调节时铸嘴型腔熔体非定常流动和传热数学模型，应用数值方法仿真分析了入口速度斜坡变化时铸嘴型腔流场、温度场、压力场的动态演化过程。结果表明，对型腔进行在线布流调节来改善铸嘴型腔流场、温度场是可行的。     

流体环境对碳钢表面附着缓蚀剂膜的影响

实验模拟了油、气集输过程碳钢管线中的流体环境,在不同流体速度、温度及成膜时间下,通过EIS技术考察45号钢表面附着缓蚀剂膜的耐腐蚀性能及破坏过程。缓蚀剂膜的腐蚀破坏过程中,EIS监测获得典型的电化学阻抗谱。结果表明,随着腐蚀时间、流体流速与流体温度的增加,碳钢表面附着缓蚀剂膜层由厚变薄,由致密变疏松,并表现出多孔性。因此,流体通过导致的表面剪切作用与气泡冲击,降低了该缓蚀剂的性能表现。通过SEM方法,辅助评价了处于不同状态下的缓蚀剂膜的结构。     

平面流铸工艺中冷却辊流场和传热三维稳态模拟

平面流铸法是一种制备非晶和纳米晶薄带的先进技术。这项技术的难点不仅在于快速冷却以抑制薄带的晶化,还在于获得高表面质量的薄带。提出了一种用三维稳态模拟模型预测工业生产中广泛应用的2种单辊冷却结构的流场和传热系数分布的新方法。利用FLUENT软件,结合能量和动量方程,计算了2种结构的流速分布。预测了2种结构的对流换热系数分布。结果表明,水槽结构的速度分布无均匀性,也无周期性;水缝结构的速度分布无均匀性,但具有周期性。2种结构的对流换热系数分布不是中心对称的,水缝结构的冷却特性更为规则。预测了水缝结构的3个对称分布的合适区域,并通过连续生产多次验证。根据热平衡原理,描述了平面流铸法工艺的传热过程。对流换热系数的均匀分布可以作为冷却辊结构设计的依据之一。     

铸件充型过程中的流动与传热耦合模拟

用VOF (VolumeofFluid)法追踪充型过程自由表面进展 ,采用有限差分法 ,在VisualC 4 2平台上 ,自主开发了铸造充型过程的流动与传热耦合模拟软件MAPS。应用此软件对充型过程的BenchMark实验进行了模拟 ,结果与PROCAST和BenchMark实验结果符合很好 ,表明所采用的模型和算法是正确的。在此基础上 ,结合高温合金IN738熔模铸造板类件的充型过程进行了计算 ,预报了缺陷 ,优化了工艺参数 ,并与PROCAST软件模拟结果进行了比较 ,结果一致     

板坯结晶器电磁搅拌电磁场与流场的数值模拟

建立了板坯结晶器电磁搅拌过程电磁场与流场计算的三维数学模型,采用SIMPLER方法对2对极和4对极条件下的电磁场与流场进行了数值求解。结果表明:磁感应强度B和电磁力F都呈现出关于结晶器中心对称的规律;结晶器两侧每一对N、S极之间的水平面内,电磁力都呈现圆周状分布的规律;板坯宽面边缘的电磁力较大,而板坯窄面边缘和中心区域的电磁力较小;与4对极相比,2对极产生的磁感应强度和电磁力大,钢液的流速大,搅拌强度大;无结晶器电磁搅拌时,铸坯边缘的纵断面的流场主要分成四个回流区;而有结晶器电磁搅拌时,左侧的两个回流区基本消失,右侧两个回流区减小。     

淬火槽中介质流速的测量及流速场的模拟

为了研究淬火槽中流速场的分布状态 ,提高流体均匀性 ,采用超声波多普勒流速测定仪对螺旋桨搅拌状态下的介质流速进行了测量 ,用有限元法对流速场进行了模拟 ,并根据模拟结果对均流片的设置进行了改进。结果表明 ,试验选用的超声波多普勒流速测定仪及其测量方法适合于测量工业淬火槽的介质流速 ;流速场的模拟可以用于指导淬火槽流速场均匀性的设计     

焊接熔池的传热与流体流动模拟进展

焊接熔池的传热与流体流动模拟是焊接模拟的一个重要领域 ,目前对焊接熔池的传热和流体流动的模拟主要是基于Navier strokes方程基础上而建立的。文中概括了近年来焊接熔池传热与流体流动模拟所取得的一些进展 ,总结了影响熔池传热和流体流动的一些主要因素。并提出了今后的发展方向     

真空度对真空冷喷涂气固两相流的影响

目的真空度直接影响着真空冷喷涂时气体流动特性和颗粒撞击速度,研究真空度对气体和颗粒流动特性的影响。方法确定真空冷喷涂系统结构,采用FLUENT软件进行真空冷喷涂气固两相流研究,通过数值模拟研究真空度对流场和颗粒撞击速度的影响,并研究相同压力比下的气固两相流特性。结果当入口压力一定时,喷管内的气体轴线速度、密度和温度与环境压力大小无关;而在射流区,环境压力越小,则气体轴线速度波动越小、密度越低,但到达基板后的气体温度均接近喷管入口温度。环境压力对大粒径颗粒的撞击速度影响较大,颗粒撞击速度随环境压力增大而先增后减,最佳环境压力可根据气相云图和气体密度来确定。当进出口压力比相同时,喷管内和射流区域内的气相速度云图基本相同,气体轴线速度曲线基本重合,而基板前的颗粒速度不同,此时环境压力越低,颗粒速度越高,越有利于形成涂层。结论采用计算流体动力学分析方法厘清了真空度对真空冷喷涂气固两相流的影响,为涂层制备奠定了理论基础。     

基于有限元方法的磨料流加工数值模拟

利用Fluent软件对磨料流加工过程中流体磨料的流动形态进行了数值模拟分析,得到了流体磨料在圆孔类工件内沿孔道壁面的压力分布和沿径向的速度分布;并通过改变流体磨料的加工压力,得到工件进出口压力差与工件内流体磨料流速的变化规律.又通过模拟结果与实验结果对比,表明应用Fluent软件预测工件进出口压力差模拟计算的可行性,为...     

ForceArc双面焊熔池流场与温度场的数值模拟

基于超威弧(ForceArc)焊接时电弧的形态特征,及超短电弧下实现强制熔滴喷射过渡的特点,采用双椭圆分布热源模型及峰值指数熔滴热焓衰减分布模型. 通过分析工件坡口形貌对ForceArc焊接物理过程的影响,建立贴体坐标系下的ForceArc焊接过程三维瞬态数值分析模型. 模拟了不同预热温度及层间温度对焊接过程的影响,分析了工件上下坡口形貌对熔池传热、传质的影响,并与试验结果进行了对比. 结果表明,文中所建模型能够较好地模拟ForceArc焊接过程,对优化其焊接工艺参数具有一定的指导意义.     

电磁环境下板坯结晶器内钢水流场的数值模拟

以2150mm板坯连铸机为研究对象,在商业软件CFX平台上对结晶器内钢水流动和液面波动过程进行了静态电磁场下的数值模拟与分析,重点研究了两种环境(有电磁制动与无电磁制动)下钢水流动状态的变化,对电磁环境下结晶器内钢水流动做出了较为详细的预报。     

堰坝组合对中间包内钢液流动模式的影响

根据某钢厂实际连铸中间包的操作工艺参数,采用数值模拟的手段研究了中间包内钢液的流动模式,通过模拟中间包内钢液瞬态流动,来获取RTD-C曲线,进而计算关键参数值(活塞区体积分数、死区体积分数等)。运用正交试验设计分析了影响中间包内钢液流动的几种因素。合理的堰坝组合能够改善中间包内钢液流动状况,促进夹杂物上浮,降低死区体积分数。试验研究结果表明,控流装置的应用能很好地改善中间包内钢液流动;其中9号堰坝组合方案的中间包内钢液流动模式较合理,死区体积分数明显下降,钢液混合更为均匀。     

浇注速度对铸件充型过程流场影响的数值模拟

基于ANSYS软件的CFD模块,利用不可压缩流体的流动控制方程和标准的K-ε模型,以1623K的HT150金属液为对象,对不耦合温度场时铸件充型过程的二维流场进行数值模拟,考察了浇注速度的影响。结果表明,浇注速度对流场的影响显著。当浇注速度较低(0.7m/s)时,金属液充型平稳,基本上不存在卷气现象,自由表面几乎一直保持水平状态直到充型结束,但在充型开始到整个直浇道被金属液填满的过程中发生多次流体分离现象。随浇注速度的提高,流体分离现象显著降低甚至消失,金属液与型壁碰撞加强,卷气的倾向增强。当浇注速度为1.3m/s,金属液与型壁撞击强烈,卷气明显,充型过程极不平稳,自由表面波动剧烈。综合比较的结果表明较为合适的浇注速度为1.0m/s。     

熔化极气体保护焊的仿真系统

焊接过程的仿真被认为是未来焊接技术发展的主要驱动力之一，它可对焊接过程中的物理现象、接头形态、热变形及微观组织做出预测，从而部分取代新产品和新工艺开发中耗时而昂贵的实物试验，并加快开发过程。作者提出了一个熔化极气体保护焊仿真系统的数学模型，它用系统化的、以有限差分为基础的数值算法来模拟焊接过程中的热流、电磁流和金属流，并把焊接电源、电弧特性、送丝机构等有机地结合起来，为进一步研究焊接机理、预测微观组织和力学性能、计算工件的变形等提供了一个数学平台。文中使用该数学模型对金属过渡、熔池振荡及系统动态反应等做了分析，得到一些用试验观察法或解析法难以得到的结论。     

冰水两相流管道冲蚀磨损影响与防护

目的研究低温条件下冰晶颗粒随水流进入弯管并对弯管造成的冲蚀磨损,确定弯管关键防护区域。方法通过欧拉-拉格朗日双向耦合法,研究了冰晶颗粒的斯托克斯数、流速、粒径、质量流率以及管道弯径比对磨损特性的影响。结果冰晶颗粒的斯托克斯数会显著影响最大磨损率区域变化,当斯托克斯数由2.8增大至5.84时,最大磨损率区域由弯头内侧拱壁向弯头外拱壁与出口管道连接处转移,斯托克斯数高出或低于该范围时,最大磨损率位置不再发生变化,斯托克斯数的增加在一定范围内对最大磨损率没有绝对性影响。流速、粒径和质量流率的增大会使得最大磨损率不断升高,粒径和流速的变化会改变最大冲蚀磨损区域,而质量流率的改变对最大冲蚀磨损区域没有明显影响。弯径比的增大也会使得最大冲蚀磨损区域由弯头内拱壁向外拱壁与直管连接处转移,并降低最大磨损率。结论冰水两相流弯管的最大冲蚀磨损区域主要集中在弯头内拱壁、弯头外拱壁与出口直管连接处、靠近弯头侧壁三处,且大弯径比的管道可实现减磨防护。     

水口结构对薄板坯初始凝固行为的影响

以薄板坯连铸结晶器为研究对象,采用有限元法,建立了流动、传热、凝固的三维耦合数学模型。重点研究了拉速及双侧孔水口出口面积比对结晶器内自由液面流动情况、铸坯表面温度分布与凝固坯壳生长的影响。结果表明,当拉速由6 m/min减少到4 m/min时,液面波动由±10.5 mm降至±4.5 mm,而结晶器出口处的坯壳厚度将由7.1 mm增加到9.5 mm;当水口出口面积比由1.56增加到2.00时,液面波动由±9.1 mm降至±7.1 mm,出口处的坯壳厚度减薄了0.4 mm。     

Fluid flow and mixing behavior in gas stirred ladle with submerged lance

A numerical study for analyzing both fluid flow and mixing behavior in gas-stirred ladles with a submerged lance was performed. At first, the shape and volume of the plumes generated by the submerged nozzle were calculated. Subsequently, the fluid flow driven by these plumes, and the mass transfer in the ladle were calculated by a three dimensional turbulent simulation program. Water model experiments for the velocity measurements were performed to verify the accuracy of the calculation results. It was shown that as the gas flow rate increases, the downward velocity at the ladle wall increases and mixing time decreases. Mixing time is sensitive to the alloy addition position especially at a lower gas flow rate. The result suggested that the alloy should be added at the plume zone close to the center at the melt surface     

等离子束表面冶金过程中熔体流动对凝固组织的影响

等离子束表面冶金技术是以等离子弧为热源，采用同步送粉方式，在基体材料表面获得一层均匀致密、结合牢固的冶金涂层，是一种极有发展前途的金属表面改性处理新技术。研究表明在等离子表面冶金中金属熔体流动存在很大的温度梯度以及气流的吹力、等离子束的冲击力和电磁力的搅拌作用，这种流动特征对凝固组织和冶金层成分产生很大的影响，对优化等离子束表面冶金工艺具有重要指导意义。