超音速微粒轰击纳米化拉矫辊表面形貌与力学性能研究

采用超音速微粒轰击方法（USPP）对宝钢某机组拉矫辊进行了表面纳米化处理,利用扫描电镜（SEM）、粗糙度仪和显微硬度计对其表面形貌和力学性能进行了表征分析,结果表明,轰击后拉矫辊表面随机分布大量的冲击坑,表面粗糙度可在1.5-2.5之间调整;拉矫辊表层晶粒尺寸明显细化。纳米化处理后拉矫辊表层硬度可达到HV 920。工作气体温度和压力是影响酸洗拉矫辊表面粗糙度和显微硬度的主要因素。     

Ti-6Al-4V钛合金表面纳米化机制研究

借助X射线衍射仪、透射电镜及显微硬度仪等先进仪器,研究了经超音速微粒轰击( SFPB)形变热处理Ti-6Al-4V合金表面自身纳米化晶粒尺寸演化及纳米化机制.研究结果表明:超音速微粒轰击使Ti-6Al-4V合金表面获得了纳米组织,并发生显著的加工硬化,表面显微硬度比基体硬度提高了1倍多;随着SFPB处理时间的延长,纳米结构层厚度不断增加,晶粒尺寸逐步细化,当SFPB处理30 min后晶粒尺寸趋于稳定,在表层形成了晶粒尺寸约为20 nm具有随机取向的纳米等轴晶.Ti-6Al-4V合金表面自身纳米化是由于位错运动、孪晶的形成及交割共同作用的结果;在多方向载荷的重复作用下,在塑性变形区产生了大量的由位错线和高密度位错缠结分割的位错胞,并在位错寨集处产生应力集中,进而形成孪晶;孪晶自身相互交割和位错的滑移相互协调,形成了细小的孪晶和胞状组织;晶胞组织转变为细小多边形亚晶;当孪晶尺寸细化到亚纳米级时,位错的滑移起主导作用,最终通过位锗的湮灭和重组形成了具有随机取向的等轴状纳米晶粒.     

浅层单管气-固流化床内对流换热的数值模拟

应用欧拉双流体模型对内埋单支换热管的浅层气-固(空气-石英砂颗粒)流化床进行了数值模拟,在换热管周围建立了4个观测点,得出了沿换热管圆周方向流动状况和局部瞬时换热系数的变化.结果显示:在换热管中心水平面的左右两侧壁面处颗粒更新速度较快,并有气泡上升,局部换热系数的变化也较强烈;在管壁下部颗粒运动相对平稳,并有颗粒在此滞留,局部换热系数变化相对较缓;在管壁上部颗粒有堆积,这使得颗粒体积分数在此处变化较小,局部换热系数变化也较为平缓.     

高炉下部气固湍流和煤粉燃烧的数值模拟与优化研究

高炉喷吹煤粉时,由于煤粉的不完全燃烧,在回旋区处会产生未燃煤粉,影响高炉的透气性。建立了气固两相湍流和煤粉燃烧的三维数学模型,并且验证了该模型的可靠性。用所建模型对由直吹管、风口、回旋区和焦炭床构成的高炉下部区域进行了喷吹煤粉流动与燃烧现象的模拟研究。模拟结果揭示了高炉炉内气固流动和煤粉燃烧的基本性质和特点;通过正交试验方法研究不同操作因素对评价指标煤粉燃尽率的影响,得到4个操作因素对燃尽率的影响程度依次分别为喷煤量、富氧率、鼓风量和鼓风温度。而工况(喷煤量1 25kg/t,鼓风量1 950m3/min,鼓风温度1 523K,富氧率5.0%)为最佳优化工况,可实现提高喷煤量和煤粉燃尽率的效果。     

气刀对热镀锌锅流场影响的数值模拟

气刀喷吹是带钢连续热镀锌生产的重要工序,理解气刀喷吹过程对锌锅内部流场和表面流场规律的影响对提高带钢质量具有重要意义.建立了带钢连续热镀锌过程中气刀喷吹三维流场数学模型及锌锅流场三维数学模型,将气刀喷吹在锌锅表面的压力作为动量源项加载到锌锅流场数学模型的动量方程中,分析气刀喷吹压力及带钢速度对锌锅内部及表面流场的影响,...     

紧耦合气雾化流场结构突变过程的数值模拟

紧耦合气雾化制粉过程中,当雾化气压超过某一临界值时,直管环缝型喷嘴的气雾化流场结构存在"开涡—闭涡"突变现象,雾化效果随之发生显著改变。该文采用数值模拟方法研究紧耦合喷嘴气体流场中开涡和闭涡结构特征及其突变行为,以及雾化介质类型和喷嘴几何结构参数(喷射顶角、导液管伸出长度和末端直径、环缝宽度)对临界雾化压力Pc的影响。结果表明:当雾化压力P略高于Pc时,马赫盘迅速截断回流区,流场结构由开涡向闭涡突变,并引起喷嘴熔体出口下方抽吸压力Pa骤降,突变前后抽吸压力差ΔPa约为30 kPa;雾化介质类型和喷嘴主要几何结构参数对Pc有显著影响,但对ΔPa无明显影响。     

冷却壁液固两相流三维流动与污垢清洗数值模拟

建立了高炉水冷却壁三维物理模型。采用大型CFD软件FLUNT6.8中的欧拉多相流模型,对高炉水冷壁冷却埋管内的液固两相流三维流动和污垢清洗特性进行了数值模拟研究。分析了流体的流速、固体颗粒的粒径、体积分数对流体的流动、清洗强度及清洗均匀的影响。研究结果表明:流体的湍流强度、壁面污垢清洗强度和压力降均随流速、液固颗粒粒径和体积分数的增加而增加;液固两相流防垢除垢效果取决于流速、液固颗粒粒径和体积分数的合理组合;综合考虑节水节能及污垢清洗的均匀性,高炉冷却壁的最佳流速为1.5 m/s,固相颗粒粒径为3~4 mm,体积分数为5%~12%。研究结果为炼钢高炉冷却壁液固两相流污垢在线清洗的工业应用提供了理论基础。     

环缝洗涤器内气液两相流的数值模拟

针对环缝洗涤器内的复杂两相流建立了三维物理和数学模型,通过现场测试的数据对其进行了验证。在此基础上针对多种工况进行了大量的数值模拟,绘制了不同煤气流量、不同环缝行程以及不同水气比条件下环缝洗涤器内多相流的压力损失曲线,揭示了环缝洗涤器内两相流场特性和各个影响因素对压降的影响程度,在此基础上给出了优化建议。     

Numerical simulation of the gas-solid two-phase flow inside the multi-channel nozzle for the surface nanocrystallization induced by the ultrasonic particulate peening

Using a gas-solid two-phase model(a discrete phase model),the authors investigated the flow field inside the multi-channel nozzle for surface nanocrystallization(SNC)induced by the ultrasonic particulate peening(USPP).By computation,the velocity fields of both the gas and the solid phases were simulated and the track of the solid phase was analyzed in detail.It can be found that the velocities of the two phases are able to reach an ultrasonic level;meanwhile,the dispersion width of the solid phase at the nozzle exit is less than that of the gas phase.When particle diameters are less than 5 μm,there is a decreasing trend in the dispersion width of the solid phase with an increase in particle diameters.The trend becomes stable as the particle diameters are greater than 5 μm;in the meantime,the distribution of solid particles is near the axis of the jet flow.The optimal standoff distance between the nozzle and the substrate in the process of USPP is about 120 mm.Simulation results can help improve the design of mass-production-oriented multi-channel nozzles for SNC induced by USPP.     

喷粉透气砖狭缝内气--固两相流动数值模拟

狭缝型喷粉透气砖是铁水底喷粉脱硫预处理工艺重要功能性元件,对底喷粉脱硫工艺的顺利实施影响重大.结合实际应用情况,基于欧拉-欧拉双流体和颗粒动力学理论,对喷粉透气砖狭缝内气-固两相流进行了三维数值模拟,得到狭缝内的流场、压力场和颗粒相体积分数场分布.喷粉透气砖狭缝内颗粒相体积分数非均匀段长度一般为250 mm,加速段长度一般小于250 mm,在颗粒直径为20μm时单缝内的压降最大,为2350 Pa.工业试验结果表明,底喷粉工艺脱硫效率比同类型顶喷粉工艺提高15%以上.     

水射流扩孔喷嘴内部流场的数值模拟

利用计算流体软件建立了土层扩孔喷嘴内部流场的三维数学模型.采用标准k-ε湍流模型模拟了喷嘴内部流场,并分析了喷嘴参数对流场速度分布、压力分布和出口速度的影响.结果表明,扩散角和扩散段长度对喷嘴内部流场影响较大,圆柱段长度的影响相对较小,但各参数都存在着最优值.计算结果与室内实验基本吻合,验证了喷嘴内流场分布与射流土层打击效果存在着内在联系.     

综采工作面粉尘运动规律的数值模拟

运用气固两相流动理论,建立粉尘运动的数学模型.根据综采工作面的具体特点和实测数据,采用计算流体力学的FLUENT软件,对工作面的粉尘运动规律进行数值模拟.模拟结果显示,粉尘产生后多数随风流在煤壁一侧运动,少数粉尘随机扩散.综采工作面的除尘重点应该放在采煤机下风向10m以内的煤壁一侧;预湿煤壁对降低工作面粉尘浓度也有很大作用.     

大方坯结晶器内流场及自由液面的数值模拟

对大方坯结晶器内钢水流动过程进行理论计算和分析,评估浸入式水口结构对结晶器内流场、自由液面波动的影响,并讨论有关工艺参数与浸入式水口结构参数之间的关系。     

表面纳米化诱导GCr15钢渗碳体溶解行为研究

高能机械球磨表面纳米化过程中发现表面纳米晶层内渗碳体发生溶解现象,采用TEM、三维原子探针和穆斯堡尔谱对渗碳体的溶解进行了表征。TEM观察结果表明,在纳米化的最表层平均晶粒为10 nm,在选区电子衍射花样中没有发现渗碳体的衍射环,表明渗碳体可能发生溶解。三维原子探针分析表明,表面纳米化处理后,铁素体中的碳含量为0.75at%,是基体铁素体碳含量的100倍,表明表面纳米化过程中渗碳体发生了溶解,通过穆斯堡尔谱分析结果表明,渗碳体的溶解量约为47%。表面纳米化过程中渗碳体的溶解可分为三个阶段：①诱导阶段,在表面机械研磨的最初5 min,渗碳体的溶解分数仅为0.4%;②溶解阶段,在表面纳米化处理的5-30 min,渗碳体大量溶解,其体积分数由14.6%降低到8.4%;③饱和阶段,当处理时间达到30 min以上,渗碳体的体积分数基本保持不变。     

粉末注射成形多相流动过程数值模拟模型

把计算流体动力学的多相流概念及两相流模型引入到粉末注射成形领域,介绍了描述粉末-粘结剂充模流动过程的单流体模型、双流体模型及欧拉-拉格朗日模型,并简要分析了各种模型的特点.分析表明,双流体模型相对于单流体模型更有利于监视两相分离、粉末聚集等出现在粉末注射成形过程中的特殊现象,并且比欧拉-拉格朗日模型更容易收敛.     

表面机械研磨纳米化GCr15钢摩擦磨损性能研究

利用表面机械研磨处理（SMAT）技术对GCr15钢制备了纳米结构表层。通过X射线衍射及透射电镜分析了其组织结构,利用UMT—2M型摩擦磨损试验机测试了GCr15钢处理前后的摩擦磨损性能。分析结果表明,试验中处理时间为15 min是提高其摩擦磨损性能的最佳工艺条件。磨痕形貌的扫描电镜观察表明,随着磨损深度的增加,主导磨损机制由黏着磨损转变为磨粒磨损。     

表面纳米化AISI H13钢的渗铬处理及其耐磨性

对表面纳米化（SNC）处理后的热作模具钢AISI H13钢进行渗铬处理,用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、纳米压痕仪和摩擦磨损试验机研究了渗铬层成分、微观结构、硬度和耐磨性。结果表明,经600及1 050℃的复合渗铬处理后,SNC样品表面形成了厚约30μm的连续渗层,是经相同复合渗铬处理的粗晶样品上渗层厚度的3倍。受益于渗铬层中较小的晶粒尺寸和较高的硬度,加之其成分、结构和力学性能在较大深度范围内较为平缓的梯度变化,SNC H13钢经渗铬处理后耐磨性得到显著提高。     

炼钢过程气-固混合喷射动力学特性研究

气-固喷射技术改变了传统冶金物料加入方法,粉气流通常以高速射流的形式射入熔池内部,不仅能够高效供给冶金反应介质,也可以大幅度强化熔池搅拌,为冶炼创造良好的热力学、动力学条件.建立了气-固混合喷射数值模拟模型,通过气-固混合喷射冷态试验进行验证;分析了炼钢过程气-固混合喷射的动力学特性.结果表明,采用气-固混合可有效提高...