底吹钢包两相区两段模型

在考虑雷诺应力的基础上，建立了底吹钢包中气液两相区流体流动的两段模型，这一模型中用于计算近喷嘴处和浮羽流区各截面处两相流的平均速度，速度分布，流股直径和平均含气率等，数值计算表明，理论含气率与实验值符合很好，计算还表明，平均含气率和平均速度随高度的增大而减小，但流股直径随高度的增大而增大，另一方面，平均速度随妆始供气量的增大而增大，而纲引比则随供气量增大而减小，通过两段模型很好的描述喷嘴处气液注的     

板坯连铸结晶器液面周期性波动的原因

采用傅里叶转换的计算方法，对某连铸结晶器拉速提升后液面异常波动的特征和原因进行了详细解析，发现该波动具有明显的周期性。将不同拉速的波动周期进行计算后，发现波动周期随拉速的增大而减小，并且周期内铸坯的前进距离为固定值262 mm,该值与该铸机足辊的A区(1、2、3段)的辊间距262 mm完全吻合。推断出随着拉速提升，结晶器冷却不足导致铸坯坯壳变薄，在铸机A区发生铸坯鼓肚，进而引发结晶器液面的周期性波动。通过增加冷却水流量，优化结晶器的冷却系统，保证喷嘴喷淋特性，成功解决了结晶器液面周期性波动。     

结构参数对扇形喷嘴的射流性能影响研究

扇形喷嘴是轧后冷却过程中的关键部件，不同的结构参数对射流性能有着显著影响，优良的射流性能会提升冷却速率，改善板材性能。基于Fluent数值分析软件，建立扇形喷嘴的三维数学模型，研究人字型两段收缩角比值、U形槽半径、出流口长短径之比和切槽深度对扇形喷嘴射流性能的影响规律，并通过实验对模型进行验证。结果表明：在不同收缩角比值情况下，收缩角比值为4∶10时最大动压为116 kPa;在不同切槽半径的情况下，切槽半径为4 mm时最大动压为107 kPa;在不同出流口长短径比值的情况下，冲击中心点动压无明显变化，剪切层动压随着长短径比值增加而增大；在不同切槽深度情况下，冲击中心点动压无明显变化，剪切层动压随着切槽深度增加而增大。经实验验证，喷射角的平均误差率为5.05%,射流宽度的平均误差率为5.43%,考虑到喷嘴制造精度，误差在允许的范围内。     

气雾两相流喷嘴的研究

建立了描述气雾两相喷嘴中流动行为的理论模型，并通过实验验证。计算和实验表明，单相流空气压降随喷直径的增大而减小；两相流压降随水流量的增大而增大；单相流和两相流压降随空气流量的增大而增大。     

可调式射流泵内部流动与结构参数优化研究

采用数值模拟研究了可调式射流泵的喷嘴距、喷针行程和流量比对其性能和效率的影响。喷嘴距较小时,射流泵性能较好,随着喷嘴距增大,由流体掺混引起的能量损失增大,导致整体效率降低。喷嘴距一定时,射流泵效率随流量比的变化存在峰值,即存在最佳流量比,且最佳流量比随着喷嘴距的增大而减小。射流泵内的压力比随着流量比增大呈线性衰减,衰减速度随喷针行程的增大而减缓;喷针行程增大时,射流泵效率明显降低,但最佳流量比的变化很小。确定了最佳工况参数为:喷嘴距约155mm,喷针行程1mm。     

喷射成形过程中圆锭坯外形生长的数值模拟

通过多次试验后得出雾化喷嘴的雾化特性公式,在此基础上建立了一种模拟喷射成形过程中圆锭坯外形生长的数学模型.该数学模型考虑了喷射成形过程中各种工艺参数,如喷嘴的雾化参数、偏心距离、沉积盘的旋转速度和下拉速度等参数的影响.经过模拟计算,得到了锭坯生长的三维外形尺寸,与实际喷射成形制备的锭坯外形对比,二者吻合很好;采用该模型分析了不同时间下锭坯的轮廓形状、偏心距离以及下拉速度变化后的锭坯轮廓形状.综合分析得出,此数学模型可以预测在不同工艺参数下喷射成形锭坯的外形生长过程.     

汽车外板连铸结晶器流场与SEN出口形状优化

采用测速棒偏转法对工业生产连铸结晶器表面流速进行了高温实际测量,并依据测量结果对数学模型的计算结果进行了对比分析与验证。并进一步利用数学模型对比分析了侧孔出口为方形、矩形和跑道形的浸入式水口(Submerged Entry Nozzle,SEN)在不同拉速和水口浸入深度情况下结晶器内流场的变化规律。结果表明,采用三种不同类型水口的表面流速随着拉速的增大而增加,随着SEN浸入深度的增大而减小。在相同的连铸工艺条件下,采用方形水口的结晶器表面流速大于采用矩形水口和跑道形水口的表面流速。采用矩形水口的结晶器表面流速与采用跑道形水口的表面流速大小相当。采用三种不同类型水口的液面湍动能随着拉速的增大而增加,随着水口浸入深度的增大而减小。在相同的连铸工艺条件下,采用跑道形水口的液面湍动能最小。     

RH上升管喷嘴数量及其布置对流动、混合与传质的影响

通过物理模拟测定了RH精炼过程的循环流量、钢包的均混时间、真空室内物料的平均停留时间及容量传质系数,重点分析了RH上升管内的提升气体用喷嘴个数及其布置对上述4个方面特性的影响．结果表明,提升气体用喷嘴个数及其布置对RH内钢水流动有很大的影响,循环流量随喷嘴个数和气泡行程的增加而增大,但均混时间、平均停留时随喷嘴个数和气泡行程的增加而减小．     

常见影响连铸板坯内部质量因素探讨

分析了天铁热轧连铸车间常见的影响板坯内部质量的因素,包括塞棒氩气管的连接、拉速变化、二冷喷嘴堵塞及扇形段对弧精确度不佳等、,指出应避免塞棒氩气管漏气,稳定生产拉速,保证二冷喷嘴通畅,扇形段对弧保持精确,保证导辊段具有足够的刚性,以有助于提高板坯内部质量。     

方坯连铸高效化的二次冷却技术

建立了方坯高效连铸二冷数学模型,提出了喷嘴有效喷淋系数和二冷有效比水量的概念.依据二冷均匀冷却的思想,重新设计并优化了二冷喷淋结构和喷嘴的布置,增加了一个二冷喷淋段.提出了新的二冷水模型,即Qi=α+bv+cv2+d(△T-30)+F;二冷各段的喷水量与拉速、浇铸温度、钢水成分和二冷水温相关.实践证明,经优化后的二冷结构和二冷水模型合理,拉速大幅度提高,150mm×150mm断面的最高拉速达3.8～4.0m/min;铸坯质量明显改善;产量显著提高;经济效益非常显著.     

Bottom blowing investigations on a cold model reactor to optimise mixing behaviour in metallurgical processes

Cold model investigations for discontinuous operating, metallurgical reactors are conducted with bottom blowing. Parameters are the bottom blowing rate, the h/d‐ratio and different bottom nozzle configurations, like a centric single nozzle, nozzle rings and screen bottoms. The main influence on the mixture behaviour is given by the h/d‐ratio. Furthermore, the mixing times are improved with increase of bottom blowing rate, nozzle diameter and eccentricity of the nozzle positions.     

轮带式连铸机结晶器的流场

利用k-ε紊流模型和水模型对结晶器流场进行了数值和物理模拟。结果表明:钢液对坯壳冲刷速度的最大值发生在结晶器入口附近回流区,其值达拉坯速度的2.52倍,并且流动模式不随拉坯速度变化。     

Optimal configuration of blast furnace slag runner to reduce fluid flow stresses at wall using mathematical modelling

Abstract

A three-dimensional mathematical model was developed to predict the wall shear stresses due to flow of liquid slag in slag runner of 'G' blast furnace of Tata Steel under different conditions. The liquid slag flow in the slag runner was considered to be turbulent and incompressible. The model was developed for single phase, steady state and isothermal conditions. To this end, the Navier Stokes equations along with continuity and turbulence equations (standard k–? model) were simultaneously solved with appropriate boundary conditions at the associated physical boundaries of the calculation domain. Several configurations were numerically assessed with respect to reduced shear stresses on the wall of the slag runner to select the best one. Due to accelerating flow the operating heights of liquid slag (density 2800 kg m^–3 at 1500°C) within the slag runner for different configurations were estimated with the help of Bernoulli's and continuity equations and fixed before the computation. The different configurations comprised of three segments with different parameters of either elevation or radius of curvature. Relatively high shear stresses were numerically predicted at the joint area of second and third segments of the slag runner for all the configurations. The radius of curvature was found as the dominant factor to reduce the shear stress at the joint region.     

水口结构对连铸中低碳钢流场和温度场的影响

 为研究水口结构形状对连铸中低碳钢结晶器内流场和温度场分布的影响,采用有限容积法建立连铸圆坯三维数学模型,模拟了不同水口形状下圆铸坯的流场和温度场。结果表明,在水口浸入深度为80 mm、其他参数不变时,与直水口相比,旋流水口使钢水冲击深度降低,结晶器内涡流增强,弯月面温度和二冷区凝固率提高,且随着水口数量的增加,弯月面波高和结晶器出口温度降低;采用旋流水口并施加结晶器电磁搅拌(M EMS)时,结晶器中钢液温度升高,弯月面有卷渣行为,结晶器出口未形成凝固坯壳。在实际应用中,应避免同时使用M EMS和旋流水口,或使用旋流水口时采用低强度的M EMS。     

Melt circulation in thin solidifying steel slab

Melt fluxes in the liquid core of thin solidifying steel slabs are analyzed, for two different nozzle configurations. The reliability of the analysis is ensured by taking account of turbulence on the basis of a two-parameter Launder-Spalding model and also by the universal numerical finite-element method.     

浇注钢包环出钢口四孔透气塞吹氩控制下渣工艺北大核心CSCD

针对浇注钢包环出钢口四孔透气塞吹氩控制下渣工艺,建立了某钢厂130 t钢包三维DPM-VOF耦合数学模型以计算浇注钢包下渣过程,并通过冷态实验验证了该模型的有效性。利用该模型研究了不同偏心率对下渣行为的影响,揭示了该工艺控制下渣的行为规律,并分析了吹氩流量对控制下渣的影响。结果表明,随着偏心率的增大,不同浇注高度下的最大切向速度减小,汇流漩涡临界高度降低。环出钢口四孔透气塞吹入氩气后,气泡流股的汇聚有效地减弱了水口上方钢液的周向旋转速度,大幅降低了汇流漩涡下渣临界高度。4个气泡流股的气液两相流会抑制流向水口钢液的径向流动速度,由排流沉坑引起的下渣也得到明显抑制。随着吹氩流量的增加,下渣临界高度呈降低趋势。就本研究而言,控制下渣的最佳吹氩流量为30 L/min。     

板坯结晶器钢液流动传热和摩擦行为的数值模拟

结晶器摩擦力对连铸顺行非常重要,而钢液流动行为会影响铸坯温度场和保护渣分布,可能对铸坯摩擦力产生一定的影响.利用Fluent软件建立结晶器内钢液流动、传热三维数学模型,并将温度场数据导入Ansys计算铸坯应变,然后根据铸坯-保护渣-结晶器摩擦行为数学模型讨论了渣膜润滑情况,对比了不同水口底部形状下结晶器内液态、固态和总摩擦力.结果表明:不考虑水口射流时结晶器总摩擦力比考虑水口时增大约29.4％;浸入式水口底部形状分别为凸底、平底和凹底3种情况下铸坯窄面中心温度依次降低,凝固壳厚度依次增大,固态摩擦力依次增大,总摩擦力依次增大,液态摩擦力相差较小.     

六碳糖和五碳糖同步糖化与共发酵的数学模型

Reliable production of biofuels and specifically bioethanol has attracted a significant amount of research recently. Within this context,this study deals with dynamic simulation of bioethanol production processes and in particular aims at developing a mathematical model for describing simultaneous saccharification and co-fermentation (SSCF) of C6 and C5 sugars. The model is constructed by combining existing mathematical models for enzymatic hydrolysis and co-fermentation. An inhibition of ethanol on cellulose conversion is introduced in order to increase the reliability. The mathematical model for the SSCF is verified by comparing the model predictions with experimental data obtained from the ethanol production based on kraft paper mill sludge. When fitting the model to the data, only the yield coefficients for glucose and xylose metabolism were fine-tuned, which were found to be 0.43 g.g-1 (ethanol/glucose) and 0.35 g.g-1 (ethanol/xylose) respectively. These promising validation results encourage further model application to evaluate different process configurations for lignocellulosic bioethanol technology.     

Mathematical Simulation of Flow Phenomena in CAS-OB Refining Ladle

SymbolList　　Ag———Projectareaofgasbubble ,m2 ;　　C1 ,C2 ,Cμ———Empiricalturbulentconstants;　　Cd———Dragcoefficient;　　Cf———Frictioncoefficient;　　db———Diameterofbubble ,m ;　　dmax———Maximumdiameterofbubble ,m ;　　dp———Diameterofporousplug ,mm ;　　ds———Innerdiameterofsnorkel,mm ;　　dt———Topdiameterofladle ,mm ;　　du———Bottomdiameterofladle ,mm ;　　F———Interphasefrictionforce ;　　Fi———Additionalforce ;　　g———Gravityaccelerationconstant,…     

薄板坯连铸结晶器钢液流动数值模拟

以唐钢第一炼钢厂薄板坯连铸机为背景,利用商业模拟软件FLUENT,根据热轧薄板厂目前连铸操作的工艺参数,采用湍流模型建立数学模型,模拟了薄板坯连铸结晶器内钢液流场分布情况,系统地研究了水口结构、水口上出口倾角在指定拉速、浸入深度下对结晶器内流场的影响,为水口优化提供理论依据。在固定拉速和指定的浸入深度条件下,通过对比分析几种不同水口结构对结晶器内流场及温度场影响规律,最终确定采用五孔水口上出口倾角取15°为最佳水口结构方案。