Cu基亚稳难混溶合金液-液相变

通过气体雾化技术研究了Cu_100-XFe_X(X=15,20,30和40)合金的凝固行为.考虑少量相液滴形核、扩散长大、空间迁移、凝固界面与液滴间的相互作用以及体积分数等共同影响因素,建立了能描述该类合金凝固组织演变动力学模型.将数学模型与雾化液滴飞行过程中运动、传热和传质的控制方程相耦合,给出了数值求解方法,模拟计算了Cu基亚稳难混溶合金液-液相分离过程.结果表明:富Fe粒子的平均尺寸随着Fe含量的增加而增大;少量相液滴形核发生在基体熔体过饱和度峰值附近;随着冷却速度的增大,雾化液滴中少量相液滴的形核率增大,但平均半径减小;少量相液滴在Marangoni迁移和与固/液界面相互排斥共同作用下,向雾化液滴中心迁移,使雾化粉末最终形成壳型组织结构.     

基于CFD技术的超音速喷嘴两相流破碎机制研究

采用CFD(computational fluid dynamics,计算流体力学)软件系统研究超音速气雾化喷嘴两相流的雾化过程。利用VOF(volume of fluid,流体体积)函数两相流模型模拟验证金属液不同质量流率下的2种初级破碎模式,并研究雾化压力和液体表面张力对金属液初级破碎过程的影响。模拟结果表明:金属液质量流率较小(0.053 kg/s)时,初级破碎模式为液膜破碎,金属液质量流率较大(0.265 kg/s)时,初级破碎模式为"微型喷泉"破碎;随雾化压力从0.5 MPa增加到1.5 MPa,初级破碎程度加剧,但雾化压力过高反而会削弱雾化效果;将金属液表面张力由1.2 N/m降至0.4 N/m,初级破碎时能够获得尺寸更细小的液滴,通过随后的二次破碎形成更加均匀细小的液滴,从而获得高质量的沉积锭。     

双层气雾化喷嘴结构突出高度的数值分析

采用计算流体软件Fluent,通过对双层气雾化喷嘴气流场、颗粒粒径以及温度场的数值模拟,分析导液管突出高度对气流场、颗粒粒径以及温度场的影响。结果表明,导液管突出高度为6mm时气流场结构最优,雾化所得粒径最小。总结气雾化过程中液滴在特殊气流场中破碎的主要过程,为双层气雾化喷嘴结构设计及机理研究提供一定的借鉴意义。     

钐铁熔体雾化过程中雾化角度的数值模拟

为研究雾化角度对钐铁熔体雾化过程的影响,喷嘴的结构选择紧耦合气雾化喷嘴,运用Fluent软件对钐铁熔体雾化过程进行数值模拟,分析不同的喷雾角度对雾化液滴凝固前飞行距离和液滴破碎程度的影响。结果表明:当喷雾角度增加时液滴凝固前飞行距离先减小,在45°时达到最小,之后又有增大趋势;当喷雾角度增加时液滴的索特平均直径(SMD)先减小,在45°时索特平均直径最小,为7.58μm,液滴的破碎最充分,之后又增大。综合考虑雾化效果,当喷雾角度为45°时,液滴的飞行距离最短为14.66 mm,索特平均直径最小,液滴的破碎效果也最好。     

高温熔体雾化过程中过热度的数值模拟

基于紧耦合气雾化喷嘴,运用Fluent软件对高温熔体雾化过程进行数值模拟,分析过热度对高温熔体雾化液滴凝固前飞行距离和液滴破碎程度的影响。结果表明,当过热度增大时,液滴的平均直径(SMD)有减小的趋势,有利于细化雾化颗粒的粒径;液滴的凝固前飞行距离相对比较平缓,中间有小幅的升高趋势。当过热度达到100℃时,液滴的破碎比较充分,颗粒的平均直径满足生产的要求,熔体进行雾化后,其平均直径为52.886μm,液滴的飞行距离为32.68mm。     

钢中液态夹杂物聚并行为的数学物理模拟

基于相似原理,采用水模拟钢液,用有机试剂模拟钢液中液态非金属夹杂物,同时采用数值仿真方法共同研究了夹杂物种类、两相间界面张力及黏度对于液滴聚并过程的影响规律.结果表明,夹杂物液滴间的聚合趋势与其自身的物理性质有紧密联系,其中液滴相与连续相之间的界面张力会促进其相互聚并,而液滴相的黏度则正相反,在液滴聚并过程中起抑制作用.因此,通过改变液态夹杂物与高温钢液之间的界面参数以及黏度参数,有望达到聚合或分散的控制目标,进而实现夹杂物尺寸的灵活控制.     

雾化过程的线性不稳定性模型建立与验证

实际雾化过程具有不稳定性,采用稳定性模型或假设难以解释其过程.系统地考虑了雾化过程的影响因素,应用线性不稳定性理论对雾化过程中熔体碎裂机理进行了探讨,建立了雾化过程线性不稳定性数学模型,得到了熔体碎裂过程中的液柱流直径、碎裂液滴长度、支配波长等关键参数计算式.进行了水雾化和超高温雾化过程的验证实验,结果表明:线性不稳定性模型的计算值与实测结果基本吻合.     

钢中液态夹杂物聚并行为的数学物理模拟

基于相似原理,采用水模拟钢液,用有机试剂模拟钢液中液态非金属夹杂物,同时采用数值仿真方法共同研究了夹杂物种类、两相间界面张力及黏度对于液滴聚并过程的影响规律.结果表明,夹杂物液滴间的聚合趋势与其自身的物理性质有紧密联系,其中液滴相与连续相之间的界面张力会促进其相互聚并,而液滴相的黏度则正相反,在液滴聚并过程中起抑制作用.因此,通过改变液态夹杂物与高温钢液之间的界面参数以及黏度参数,有望达到聚合或分散的控制目标,进而实现夹杂物尺寸的灵活控制.      

高炉渣液滴破碎过程数值模拟

采用流体体积法(VOF)、RNG k-ε湍流模型和凝固/熔化模型对高炉渣液滴二次破碎过程进行数值模拟,获得了高炉渣液滴临界状态下袋式破碎过程,分析了高炉渣液滴传热过程对破碎过程的影响,研究了高炉渣液滴破碎的临界韦伯数.结果表明：在气动力驱动下,高炉渣液滴会发生形变,表面压力的波动可导致液滴破碎;传热过程仅使高炉渣表面温度略微降低,对黏度影响不大,因此高炉渣液滴传热过程对破碎过程的影响可忽略不计;高炉渣液滴的初始粒径越大、气流速度越大,破碎效果越好;在1 773 K的初始温度下,高炉渣液滴发生破碎的临界韦伯数约为15.5;当液滴的黏度增加时,奥内佐格数增大,破碎的临界韦伯数也增大,通过拟合可得到高炉渣主要黏度范围内的奥内佐格数与临界韦伯数的关系式.     

不同开槽阳极铝电解槽的节能性研究

基于有限体积方法,建立三维传统阳极、纵向开槽和横向开槽阳极铝电解槽非稳态数学模型,采用磁动力流体模型(MHD)中电势法计算电磁场,把电磁力作为动量方程的源项,通过流体体积函数(VOF)法追踪电解质-铝液界面的波动,用离散相模型(DPM)追踪气泡的运动路径.对比分析传统阳极、纵向开槽和横向开槽阳极铝电解槽中电解质-铝液界面波动和气泡分布情况.结果表明,纵向开槽阳极下电解质-铝液界面波动幅度小于横向开槽阳极下的电解质-铝液界面波动幅度,且都小于传统阳极下电解质-铝液界面波动幅度.纵向开槽阳极底部的气体体积分数最小.     

惰气雾化过程中粉末破碎机理研究

通过理论分析及高速摄像的手段,系统研究了惰气雾化法制粉技术的雾化机理,验证了熔液先后经历膜化、断裂为纤维状、破碎为小液滴的破碎方式,并指出了过冷状态下合金材料的塑性是粉末球形度的不利影响因素之一。     

电解槽内异型凸台对电解质/铝液界面波动的影响

针对铝电解槽内电解质/铝液界面的波动现象,基于计算流体动力学(CFD)的方法建立了铝电解槽内电解质/铝液两相流体流动的数学模型.使用Fluent软件的流体体积自由面跟踪法和自定义函数,研究了阴极凸台对电解质/铝液界面波动的影响.结果表明,异型凸台的加入使得两相界面的波动幅度降低了17.2%,但凸台的存在同时也使得熔体对侧部槽帮冲刷增强.     

超音速气雾化喷嘴的水流模拟实验研究

本文设计了一种超音速气雾化喷嘴, 采用水代替金属熔体进行雾化模拟实验, 使用高速摄影机拍摄所获得 的雾化流场并进行分析。 结果表明, 水的雾化破碎过程遵循二次破碎理论, 水流先产生扰动, 发展为波状并破碎 成条带, 最后发生二次破碎形成细小的液滴。 在流场的形状、 结构上, 水的雾化与使用 Fluent 软件模拟的结果一 致, 不同参数下的实验结果也与计算机模拟的结果相似, 验证了计算机模拟结果的可靠性, 计算机模拟的结果在 一定程度上可以作为工业设计的参考。     

炼钢转炉喷溅行为的数值模拟

通过建立的可压缩、非等温三维多相VOF模型研究了转炉射流与熔池作用过程的特征,阐明了吹炼过程射流-熔渣-钢水界面轮廓变化、揭示了液滴喷溅形成机理、定量分析了熔池喷溅速率.结果表明:顶吹过程具有明显的瞬态特征,形成的冲击坑有一定的震荡特性,这种不稳定性控制了金属液滴的产生和初始尺寸分布.金属液滴喷溅的形成有两种方式,一是大块金属带在冲击坑边缘破碎撕裂;二是单个液滴直接从冲击坑边缘的排出.这两种方式同时发生并共同导致了喷溅的产生.吹炼数和喷溅速率在冶炼过程中波动,是由凹坑震荡的本性决定的,本研究条件下吹炼数和喷溅速率的平均值为10和3.4 kg·m-3.     

工业熔渣离心粒化数值模拟

针对熔渣离心粒化过程,采用VOF法对粒化器中的气液两相流动进行三维瞬态模拟,主要对铜渣和高炉熔渣两种冶金渣在不同转速下生成的液丝与液滴特性进行了对比分析.结果表明：同转速下,与铜渣相比,高炉熔渣的破碎波长、尖端直径、破碎波长与尖端直径的比值、破碎长度均更大;不同转速下,同种熔渣破碎波长与尖端直径的比值趋于一致,破碎长度与尖端直径的比值与韦伯研究的结果相似;铜渣和高炉熔渣粒化产生的颗粒粒径均随转速的增大而减小,与高炉熔渣相比,铜渣在粒化过程中可以获得大量更小尺寸的颗粒;随着转速的增加,铜渣的平均粒径变化较小,更有利于从高温颗粒中回收余热.     

底吹钢包气-钢-渣三相流过程离散-连续转化及联合算法

针对底吹钢包内气-钢-渣三相流过程中小尺度离散气泡和较大尺度自由界面共存的问题,本文采用离散气泡模型模拟小尺度气泡,而对较大尺度气泡和渣层的上下表面则采用界面追踪法直接求解,并采用大涡模拟方法以更好地描述其中的非稳态流动规律.同时,建立离散气泡和大尺度连续气体的转化模型,实现离散-连续联合的多尺度多相流数值计算方法.模型可以同时完整地描述大尺度连续界面和小尺度离散气泡的运动行为;较完善地揭示了小尺度离散气泡的合并过程,离散气泡和连续界面的相互作用及聚合过程,大尺度气泡的运动、变形及合并破碎过程,渣层波动、渣滴及渣眼的形成及演变过程等,并对比实验结果验证了模型的可靠性.     

气体雾化法钛粉末制造技术

气体雾化法制造金属粉末的方法一般是在坩埚内将原料熔化,通过坩埚底部的喷嘴将产生的熔波用高速气体喷射,使金属液成喷雾状,冷凝后生成金属粉末.关于钛的气体雾化法,住友·Sitix公司研究了感应熔融气体雾化(IPA)法,即在熔化棒状材料时,不使用坩埚,而是直接用高频感应线圈进行加热,使熔液滴流;将这种熔液流用高速的氩气喷射产生粉末.生产纯钛粉的棒状材料,使用致密的海绵钛来制造;由于原料的连续供应和连续熔炼、氩气的重复循环使用和最佳的喷雾状态,使得用气体雾化法最初就能够批量生产高质量、低价格的钛粉末.研究人员把这种粉末称之为低氧钛粉末(TILOP),它使住友公司的粉末产品增加了新的品种.     

应用波理论预测旋转盘离心雾化膜状分裂区的粉末尺寸

应用平面和圆柱液膜破碎的波理论研究了旋转盘离心雾化膜状分裂区的粉末尺寸的预测方法;推导了最快增长的液膜破碎的波数方程,建立了旋转盘外液膜厚度与液膜径向位置的关系,并用数值方法进行了求解;计算的液膜破碎长度和粉末粒径与文献中的实验数据基本吻合,表明本文所提出的预测方法是可行的。     

紧耦合气雾化制粉中熔体过热度对雾化模式和粉末粒度的影响

采用紧耦合气雾化制粉设备,研究了熔体过热度对紧耦合气雾化模式和粉末粒度的影响.实验中,保持其他气雾化工艺参数不变,熔体(金属铜)过热度分别设定为150,200,250和300 K,得到相应的粉末平均粒度分别为34.88,32.33,30.87和19.74 μm.对雾化过程的理论分析结果表明 当熔体过热度从250 K提高到300 K时,液滴的破碎模式发生了改变,即由袋式转变为延展式,粉末粒度显著下降.但是,过热度的变化对雾化粉末粒度的正态分布规律没有明显影响;通过优化工艺参数,有潜力获取粒度更细、分布更均匀的粉末.     

气体雾化技术制备金属粉末研究综述

气体雾化技术已经成为生产高性能金属及合金粉末的主要方法,其中金属熔体的破碎机理和雾化工艺参数对所得粉体的性能有重要影响.为此,本文详细的综述了气雾化过程中金属熔体的破碎机理和影响粉体性能的因素,以期为气雾化技术的研究开发等提供一定的借鉴.