双辊薄带连铸工艺布流系统的三维数值模拟

以直径600 mm、辊宽550 mm的双辊薄带连铸的布流系统及熔池为研究对象,采用FLUENT软件对熔池内钢液流动进行三维非稳态数值模拟分析,以计算结果验证设计结构的合理性,分析转速及浇注温度对熔池内流场及温度场分布的影响.结果表明,三维数值模拟能计算熔池沿轴向的温度场和凝固区分布,比二维数值模拟能更准确描述熔池的传热过程.转速为60 m/min、浇注温度1490℃时,熔池温度场及凝固区分布最合理.     

不同双辊薄带连铸布流系统的数值模拟对比研究

采用数学模拟的地方法研究了不同型号的布流系统对双辊薄带熔池内流体流动和液面波动的影响.使用Fluent软件的VOF多相流模型对I号和III号布流系统进行了数学模拟,并同水力学模拟的结果进行了对比,研究结果表明,VOF模型符合水力学模拟实验结果;III号布流系统比I号布流系统的布流效果更好,流态稳定,液面波动明显减小.     

双辊薄带连铸布流系统的数理模拟

为了对双辊连铸布流系统进行优化,根据相似原理建立了双辊薄带连铸机布流系统的1:1模型.通过物理模拟与数值模拟研究了IV号布流系统3种方案在不同工况下的流态与液面波动情况,并与I号布流系统进行对比.研究结果表明,在流量为10~18m3/h的情况下,IV号布流系统的2方案与3方案布液面波动与I号布流系统相比有了明显的改善,布流器两侧的液面波高减小了2~5mm,而布流器中部的波高增大了1~3mm,使得整个熔池液面波动的均匀性更好,与数值模拟的结果一致.     

双辊薄带连铸布流系统研究

为改善双辊薄带连铸工艺熔池液面的波动情况,根据相似原理建立了双辊薄带连铸机及布流系统的1:1模型,进行水力学模拟实验,研究了流量、熔池高度、分配器高度等参数对熔池液面波动和流体流动混合特性的影响.实验结果表明,在流量为8.7～14.5 m3/h的工艺条件下,流量的增大和熔池液位的降低,使得液面波高变大,停留时间减小;分配器高度对于熔池液面布流器两侧波高以及停留时间的影响不明显,但在侧封板处,分配器越高液面波高越大;布流器两侧液面波高以及薄带出口处流体分布均匀性不好,有待改善.     

超宽板坯结晶器内流场和温度场的耦合数值模拟

以南钢3250超宽板坯结晶器为研究对象,基于商业软件FLUENT,建立了超宽板坯结晶器三维有限体积模型,对结晶器内钢液流动状况和传热行为进行了耦合数值模拟,研究了超宽板坯结晶器流场和温度场特征,考察了水口结构参数和结晶器宽度尺寸、水口倾角、水口插入深度、拉速、过热度及冷却强度对超宽板坯结晶器流场和温度场的影响,多组对比模拟计算结果表明,当浸入式水口出口倾角为15°,插入深度为120～150mm,拉速为1.2～1.4 m/min时,结晶器自由液面速度和湍动能分布以及注流冲击点深度均较为适宜,流场较为合理;同时结晶器内钢液的温度分布相对均匀,有利于坯壳的均匀形成.数值模拟结果可为优化南钢超宽板坯结晶器浸入式水口结构以及确定合理工艺参数提供理论依据.     

板坯连铸结晶器内流场的数值模拟

针对某钢厂板坯连铸机结晶器的结构和工艺参数,建立了描述结晶器内钢液流动的三维数学模型,用商用软件FLUENT,运用湍流动能Κ方程和湍流动能散耗率ε方程的Κ-ε方程模型在给定的数值计算条件下,对板坯连铸结晶器内钢液的流场进行了模拟.通过模拟浇注初期钢液的流动状态,分析了结晶器内流场的基本特征.同时模拟计算了浸入式水口的出口倾角、插入深度以及拉速对钢液流动的影响.得出了满足断面要求的合理工艺参数:水口倾角为向下15°,插入深度为200mm,拉坯速度为1.3 m/min.     

销钉机筒挤出机内流场的数值模拟

应用FLUENT软件,经过简化及边界处理,分别研究了Φ90普通挤出机和销钉机筒挤出机在不同转速、不同销钉布置、不同反向压差条件下胶料的流动行为。其研究结果可以用来指导销钉机筒挤出机的销钉布置设计及操作参数选取。     

板坯连铸结晶器内流场数值模拟

利用FLUENT软件对1300 mm′230 mm的板坯结晶器建立了三维稳态数学模型,以流体表面流速和射流冲击深度作为主要参考指标,研究了水口的特性及拉速、水口浸入深度对该水口作用下结晶器内流场的影响. 结果表明,A水口作用下具有表面流速大,射流冲击深度小,液面波动大,卷渣的可能性大等特点,且随拉速的增加而逐渐增大;随拉速的增加,结晶器内最大表面流速以0.06 m/s的幅度逐渐增大,射流冲击深度呈减小趋势,在150, 170和190 mm浸入深度下,结晶器液面表面流速最大值分别为0.599, 0.518和0.465 m/s,射流冲击深度分别为385, 410和420 mm,随水口浸入深度的增加,结晶器内表面流速逐渐减小,射流冲击深度逐渐增加;在实际生产过程中,使用A水口时应适当降低拉速、增大水口浸入深度;在高拉速的情况下,需用平行水口替换A水口.     

液体射流泵内流场的数值模拟

借助CFDesign 9.0软件平台,基于有限体积法计算连续相控制方程,结合多相流模型中的流体体积模型以及可实现κ-ε湍流模型,对液体射流泵全流场进行了三维数值模拟。     

组织工程多孔支架微管内流场数值模拟

骨支架内部微管结构对营养液和细胞在其内部的流动有着非常重要的影响。利用流体计算软件Fluent对不同尺寸的人工骨微管结构内部营养液和细胞的流动状况进行了数值模拟,得到了不同几何结构骨支架内部流场的速度和压力分布图。结果表明,从进口到出口,主管道内流体流速随管道的深入不断减小。上端浮克曼管中流体流速比下端浮克曼管中流体流速高,但是比同一高度主管道内流体流速低。哈佛氏管与第一行浮克曼管交叉处下端的哈佛氏管内存在流动缓慢区,第三行浮克曼管与哈佛氏管交叉处开始,流体速度不断增大。随浮克曼管长度的增加,上端哈佛氏管中流体流动的缓慢区减小;随浮克曼管直径的增加,浮克曼管中的流速有所增加,并且各微管中流体的流速更为均匀;随浮克曼管与主管道夹角的增加,骨支架各微管内流体流速更加均匀,利于细胞和营养液在各管道的输运。本数值模拟范围内,最佳骨支架结构参数为浮克曼管长度3mm,直径0.6mm,浮克曼管与主管道夹角90°。     

直流电弧炉熔池流场与温度场的数值模拟

本文应用Spalding数值计算方法，移植顶吹转炉成功的数模与计算软件，加入电磁场洛仑兹力，在理论分析的基础上研制了30t底电极直流电弧炉熔池电磁流场温度场数学模型，开发了计算软件，计算了流场、温度场、循环流量、循环周期、物料混合时间等参量，为设计和冶炼工艺制度的合理化提供了参考依据．     

弯管内流场的数值模拟及方法分析

以180°圆形弯管为例,对弯管内流场的数值模拟方法进行了研究。分别采用k-ε模型,RNG k-ε模型和雷诺应力模型对弯管内流场进行计算,并将计算结果与试验测量结果进行了对比。结果表明:弯管内流体旋转产生的离心力导致了压力分布的变化,使得弯管内流体产生较强的涡流。在近内壁区中间位置,3种模型的计算结果与实验测量基本一致;在上半部分的1/2处,雷诺应力模型与标准k-ε模型的精度较高;在中心区,3种模型的计算结果与实验测量接近一致,但在弯管的进出口区域,雷诺应力模型的计算精度较高。近外壁区,3种模型的计算结果均反映了主流切向速度的变化趋势,但以雷诺应力模型计算精度最高。3种模型均反映了180°圆形弯管流场的主流切向速度的基本特征,但在一些速度变化较大,流场具有各向异性的局部区域,雷诺应力模型具有较高的预测精度,而标准k-ε模型与RNG k-ε模型存在着一定的局限性。     

循环旋风分离器内流场的数值模拟

采用CFD模拟软件Fluent6．2提供的雷诺应力模型（RSM）对循环旋风分离器内的流场进行了数值模拟研究,并与实验结果进行了比较,模拟结果与实验结果基本吻合。结果表明,循环旋风分离器特殊的流路设计,提高了内部流场的对称性,规整了气流,减少了紊流的产生,降低了设备的压降。时局部涡的分析,为进一步了解循环旋风分离器的分离机制和优化结构提供了参考依据。     

闭式涡轮搅拌器搅拌釜内流场的数值模拟

利用计算流体力学(CFD)软件Fluent,对某工程实例的闭式涡轮搅拌器的内腔流场进行了三维数值模拟,分析了其流场的流动情况,包括正常工况下的流型、速度场分布情况,研究了搅拌器对物料流动特性的影响。计算结果表明,闭式涡轮搅拌器使釜内流场同时产生明显轴向流动和径向流动,搅拌混合效果良好,能够实现釜内物料的充分混合。     

辊道窑不同辊下高度气体流场与温度场的数值模拟

利用CFD软件Fluent对不同辊下高度的辊道窑烧成带的气体流场和温度场进行了模拟研究,得出了不同辊下高度的窑内气体流场和温度场的分布,分析了流场对窑内气体温度场和对流换热的影响。     

液-液旋流分离器内流场的数值模拟研究

用计算流体动力学(CFD)的数值方法,采用RSM模型对油水分离用液一液水力旋流器的流场进行了数值模拟。单相流场的模拟结果表明,旋流器内的流场结构是强旋转和非对称的三维结构,因而对旋流器的研究(无论是数值模拟还是实验测量)必须是基于三维的;旋流器上游区内流体紊流现象严重,两侧有循环流存在,这都对两相分离不利,应改进结构以改变这种流动形式;其模拟结果与他人实验结果吻合较好,说明该湍流模型和算法是可靠的。另外还对油一水两相流场进行了研究,初步揭示了液一液两相分离的现象,这都为进一步研究旋流器特性参数对分离效率的影响和旋流器的结构优化提供了参考。     

搅拌釜内流场实验研究与数值模拟的进展

概述了搅拌釜内流场实验研究与数值模拟的进展,介绍了速度场、混合时间、循环流量和温度场的各种测量方法,同时就搅拌釜内流场数值模拟中涉及的各种湍流模型以及旋转桨叶的处理方法进行了对比分析。最后指出传热特性、多相流以及多参数耦合数学模型是搅拌釜研究的重点。     

滤筒长度对滤筒除尘器内流场的影响数值模拟研究

为探讨滤筒除尘器内部流场的影响因素,本文针对4种长度为1.5、2.0、2.5和3.0 m的滤筒对除尘器内部流场分布的影响进行数值模拟。采用了标准k-ε双方程模型和SIMPLE算法,分别对除尘器的流量分配、速度云图和整体过滤阻力进行考察。结果表明:2 m长的滤筒流量分配系数更接近于1,更为稳定;过滤风速相同条件下,滤筒长度为2.5 m的内部流场速度相对标准偏差数值远大于其他,3.0 m、2.0 m和1.5m速度相对标准偏差数值接近;2.0 m和1.5 m的除尘器阻力较小,长滤筒不适宜在高过滤风速下运行。     

离心式气液分离器内流场的数值模拟与结构优化

基于计算流体动力学(CFD)方法,采用Gambit建模,利用Fluent软件,对常规立罐式离心气液分离器进行了模拟仿真。通过流场分析可以看出,流场对称性很差,底流出口附近气体含量较多,说明气液分离效果不好。通过结构优化,包括将底流出口改为正下方排液,单入口改为双入口结构,减小罐体直径,溢流管伸入分离器内部入口管之下,以及将分离器下端改为锥形结构等,改善分离器内部流场的轴对称性及气相体积分数分布情况,并提高分离器的净化程度。     

薄带连铸结晶辊涂层研究进展

双辊薄带连铸结晶辊兼有铸辊和结晶器的双重作用，在连铸过程中同时受到高温磨损、热应力以及压应力的多重作用，因此，原来的辊体铜质基质材料不能满足正常的连铸需要，必须选择合适的涂层材料和工艺对其表面进行涂层处理。目前，采用电镀、化学镀、热喷涂、冷喷涂以及激光熔覆等技术手段可以在结晶辊表面制备一种或多种材料的涂层。电镀、热喷涂以及激光熔覆技术相对成熟，应用最为广泛。涂层材料有单一金属、各类合金，同时可以加入各种添加剂。选用W、Cr、Ni、Co等单质金属以及WC-Co、Cr₂C₃-Ni-Cr、Ni-Cr等合金可以获得更好的综合性能；添加Cu的合金，如WC-Cu、W-Cu、Cu-Ni等，可以获得与铜基体相近的导热系数以及膨胀系数，添加稀土元素可以细化晶粒、降低裂纹倾向。通过表面涂层处理可以大幅度提高薄带连铸结晶辊的使用寿命。