铝液微气泡脱氢冷态模拟实验研究

冷态模拟实验的结果表明,秃气泡净化法具有很强的脱氢能力。喷枪转速,供气量,转子结构,处理时间是主要影响因素。为获得最佳净化效果。各因素之间须相互协调。     

铝合金熔体微气泡法脱氢的实验研究

通过小型铝合金熔体的脱氢实验,研究了旋转喷枪微气泡净化法的脱氢规律。实验表明旋转喷枪转速、氩气流量、净化处理时间和喷枪埋入深度是影响铝合金熔体脱氢效果的主要因素。在铝合金熔体微气泡法处理时,存在一个最佳的氩气流量.氩气流量偏离这个最佳值对脱氢不利。随着旋转喷枪转速的增加,铝合金熔体的脱氢率也随之增加,并且逐步趋于平缓.净化处理时间超长,喷枪埋入熔体内越深,对脱氢越有利。获得理想的脱氢效果必须几个因素相互协调。在实验过程中,已经能够在10分钟内将铝合金熔体中的氢含量从0.32ml/100gAl,降低至0.075ml/100gAl说明铝合金熔体微气泡净化法具有良好的脱氢效果。     

高压底吹条件下气泡行为的研究

通过物理模拟对高压底吹条件下气泡行为进行研究,分析了压力、底吹流量对气泡的影响。研究表明,当压力由常压增加到1.5 MPa时,氮气泡直径由7.5 mm减小到2.0 mm,氮气泡数由35个增加到125个;当底吹流量由0.07m3/h增加到0.17 m3/h,常压下气泡的直径由7.1 mm增加到8.5 mm,高压下气泡的直径由2.5 mm增加4.2 mm。底吹流量有利于氮气泡的长大,由于流量过低,不如压力对气泡行为的影响效果显著。     

电解气泡析出时电位波动的频谱分析

结合恒电流阶跃和信号处理技术，用统计直方图和快速傅里叶变换(FFT)对电解槽中电解气泡产生时电极电位的波动信号进行了统计和频谱分析。采用MatLab语言及其提供的信号处理工具箱构造算法，获得电位波动在频域上的波形信号，通过计算功率谱密度PSD随频率的变化，分析了电解气泡行为特性，获得平均气泡脱离速率、气泡脱离的平均直径以及平均气泡体积等特性参数。研究结果表明：用电位波动的直方图和FFT频谱分析可以获得有关电极表面气泡释放行为的信息，如气泡脱离时电位波动的平均幅值、平均气泡脱离速率、气泡脱离的平均直径以及电解气泡平均体积等特性参数，以用于分析研究电解过程电极界面的气泡行为。     

高铅渣还原炉内气液两相流的数值模拟与结构优化

基于Fluent软件,耦合Realizable k-ε湍流模型和VOF多相流模型对液态高铅渣还原炉内气液两相流动过程进行数值模拟。依据相似原理建立了水模型实验,得到气泡/气团频率、气泡直径和喷枪直径比值的实验结果,其结果和数值计算结果吻合较好,验证数值计算模型的有效性。运用该耦合模型研究熔池深度、喷枪直径、喷枪倾角和喷枪间距等因素对还原炉的影响。再通过正交实验和矩阵分析方法,综合考虑熔池气含率、熔体平均流速和熔体湍动能等指标,得到还原炉最优工况为喷枪角度为10°,熔池深度为800 mm,喷枪直径为60 mm,间距为950 mm。     

电磁制动下连铸结晶器内气泡行为物理模拟

在板坯连铸过程中由于水口吹氩,结晶器内的流场本质上是一个气-液两相流,如何通过磁场等手段优化结晶器内的流场结构改善铸坯质量,是个非常重要的问题。利用水银和氮气作为模拟介质,采用电阻探针研究气泡在结晶器内有、无磁场条件下的统计规律。实验表明,施加磁场后,水口附近的气泡占空比和气泡数量明显增加,减少了结晶器窄面附近的气泡分布。同样气体流量下,施加磁场后气泡占空比总和与无磁场条件下相比明显要大。     

铝钙合金熔化和凝固过程中的气泡演变

利用上海光源(BL13W1线站)的同步辐射成像技术,观察到Al-Ca合金小球在熔化与凝固过程中气泡与气孔之间的演变过程。结果表明,在加热熔化过程中,不规则气孔随着周围枝晶网络强度的降低而逐渐球化,而冷却凝固过程中,情况正好相反,除了个别气泡保持球形外,大多数气泡被枝晶网络压挤受限成不规则形状。气泡群的初始直径呈现高斯分布的特征,它是由气泡的异质形核特性所决定的。随着气泡运动、碰撞、合并等过程的进行,气泡直径就不再维持随机分布形式。     

高效喷气精炼过程中的机械搅拌

在喷气精炼过程中,气泡的分散和细化是提高精炼效率的必要条件。在水模型实验中应用了单向的偏心搅拌模式来寻找最佳的气泡微细化条件。影响气泡微细化的因素有：搅拌模式、偏心度、搅拌转速、喷嘴结构、喷嘴的浸入深度以及气体流量。气体的喷入方式包括两种,一是从搅拌桨下方的喷嘴中直接喷入,二是从一个位于搅拌桨下方的弯管中喷入。在偏心搅拌模式下,漩涡远离了搅拌桨的轴心,小气泡产生于搅拌桨附近的强湍流或高剪切应力场中,随着机械搅拌产生的宏观流向漩涡方向移动。因此,单向的偏心搅拌模式能促进气泡在溶池内的细化和分散。     

不同工作参数下水轴承的空化程度及微形貌特征对减阻效果的影响

目的为了提高水轴承高速下的减阻效果以及预测水轴承的空蚀区域,研究了高速水静压轴承的空化与减阻性能。方法基于低雷诺数Launder-Sharma模型和空化气泡的动力学模型,分析了不同工作参数下水轴承的空化程度研究及微形貌特征对减阻效果的影响。结果空化气泡主要出现在静压轴承水腔之间的负压封水面及小孔节流器附近,空化气泡溃灭时容易造成轴承材料的空蚀破坏。高速小偏心率时,相比流向和展向微形貌,凸柱微形貌特征表面具有较好的减阻效果,且减阻效果受轴颈线速度的影响较大。结论转速、供水压力和偏心率等物理参数影响水静压轴承空化气泡分布和静态性能,微形貌界面的速度滑移有利于提高减阻效果。     

阳极弧根位置对热喷涂等离子喷枪特性的影响

研究开发了一种新型的双阳极等离子喷枪，可以在不改变任何参数(如电弧电流和气体流量)的条件下，调节阳极弧根的位置，从而改变等离子炬的特性。试验采用热焓探针测量了不同阳极弧根位置条件下，氩等离子射流的温度和速度分布；通过测量喷枪冷却水的温升来估算喷枪的效率。结果表明，随着阳极弧根向喷嘴下游的移动，等离子射流的温度和速度以及喷枪的效率都有显著的提升。     

富氧底吹熔炼炉内气液两相流动的数值模拟

以某公司的富氧底吹熔池熔炼炉为原型,运用数值模拟的方法对炉内氧气铜锍两相流动进行三维瞬态模拟,研究炉内气泡主要参数、气含率分布规律、氧枪出口附近压力变化以及液面波动情况。并借助于高速摄像仪设备,对水模型实验中气泡形成、合并、变形及破碎过程进行研究,所得结果与模拟结果进行比较。结果表明:所建立的数学模型是合理的。氧气铜锍两相流动模拟结果表明,炉内气泡形成时间为0.12~0.25 s,生成频率为4~5 Hz,其短轴大小集中在3.5d~6.5d(d为氧枪直径尺寸);气泡停留时间为0.2~0.4 s,其在熔池内的平均上浮速度约为4 m/s;7°和22°氧枪出口气泡后座现象出现的平均频率分别为5 Hz和7 Hz,作用时间为0.06 s;高效反应区存在于熔池上部区域;气相搅动液相所形成的表面重力波在沉淀区传播的过程中,波幅衰减很快,当波传播到出渣口附近时,液面趋于静止。     

氧枪布置方式对底吹熔池熔炼过程的影响

采用FLUENT软件,分别选择kε系列湍流模型和雷诺应力模型(RSM)对底吹熔池熔炼炉内的高温熔体气液两相流进行数值模拟,并且依据相似原理,通过水模型实验对数值模拟结果进行验证,综合评价发现Realizable kε模型的计算精度最高。选用Realizable kε模型,对氧枪布置方式及直径对底吹熔池熔炼过程的影响进行数值模拟研究,结果表明:在一定范围内,适当增大氧枪倾角有利于底吹熔池熔炼过程的进行,当单排氧枪倾角在17°~22°之间时,熔池各指标均处于较好的水平;相对于现场工况,双排氧枪倾角分别为12°和22°时,熔池的搅拌效果显著增强;当氧枪倾角为20°时,其有效搅拌区直径为1.475 m,对应的合理氧枪间距为0.98~1.23m;适当减小氧枪直径可以有效提高熔池气含率。     

旋转喷粉(熔剂)精炼铝液的模拟试验研究

模拟试验研究表明：旋转喷粉较传统喷粉，粉剂分布均匀，液面平稳。在饱和的NaOH(pH值=12)溶液中，喷吹CO2气体，测定了代表反应速率的表观传质系数和反应效果的CO2利用率，及其与桨端线速度和CO2气体流量的关系。结果表明：旋转喷吹较传统喷吹具有显著的优越性。对于旋转喷粉装置研制了喉口板，可随时变更喉口直径，改进了适合喷粉的旋转接头和旋转浆的结构。工艺方面确定了罐顶气流，流态化气流及助吹气流的作用及其之间的关系和合理的气体流量。旋转喷粉具有喷粉和微气泡精炼双重效果。     

Mass Transfer Model for the De-oxidation of Molten Copper

In this paper, we present a mass transfer model that predicts two different mechanisms that control copper de-oxidation: (1) the transport of the reducing gas from the gas bubbles towards the melt/bubble interface, and (2) the transport of dissolved oxygen from the melt towards the melt/bubble interface. The model accounts for gas fluid flow and other process parameters such as lance submergence and nozzle diameter. The model was validated with published data and predictions from our model are in good agreement with the values reported. The key parameters to determine are the mass transfer coefficients of the reducing gas and that of the dissolved oxygen in the melt.     

Parametric study of gas−liquid two-phase flow field in horizontal stirred tank

Based on Fluent software, the gas?liquid two-phase flow in the horizontal stirred tank was simulated with SST k?ω turbulence model, Eulerian?Eulerian two-fluid model, and multi-reference flame method. The mixing process in the tank was calculated by tracer method. The results show that increasing the rotating speed or gas flow is conducive to a more uniform distribution of the gas phase and accelerates the mixing of the liquid phase. When the rotating speed exceeds 93 r/min, the relative power demand remains basically constant. The change in the inclination angle of the upper impeller has minimal effect on the gas phase distribution. When the inclination angle is 50°, the relative power demand reaches the maximum. An appropriate increase in the impeller distance from the bottom improves the gas holdup and gas phase distribution but increases the liquid phase mixing time.     

高速气浮静压轴承的结构设计

在分析一类高速气浮轴承工作原理的基础上,建立其轴径轴承的静态承载力模型,并据此分析出轴承间隙中气体流量、压强与节流孔孔径间的相互关系,以及在低速运转下受离心力作用的轴径中心运动轨迹.最后,通过模拟仿真并考虑实际工况给出了轴承间隙和节流孔孔径两个关键尺寸.此举为高速气浮轴承的国产化奠定了一个良好的基础.     

A Nonlinear Shallow-Water Model Combined with Gas Bubble Effect for Melt Flows and Interface Instability in Aluminum Reduction Cells

A nonlinear shallow-water model combined with the effect of anode gas bubbles was derived for the melt flows and interface instability in aluminum reduction cells. Both the electromagnetic forces and the drag forces between the bath and gas bubbles, as the main driven forces for the melt flows, were taken into account in this model. A comparative numerical study was carried out using both the model considering the bubble and the model without considering the bubble. The results show the effect of the bubble cannot be neglected in a fluid dynamics analysis for the aluminum reduction cell. The bath flow, induced by the motion of bubbles, presents a series of small eddies rather than large eddies as the metal flow pattern shows. The horizontal drag forces between the bath and the bubbles in the bath layer enlarge the deformation of the metal–bath interface, to some extent, but have a positive influence on stabilizing the metal–bath interface perturbations.     

脉冲进气精炼铝合金熔体的水力模拟研究

本文将带气体动力脉冲器的转头应用于铝合金熔体净化旋转喷吹技术当中，并通过水力模拟实验，研究了脉冲进气方式对气泡大小的影响。结果表明：带气体动力脉冲器的转头可以产生强烈的脉冲射流，在相同的气体流量和转头转速等条件下，脉冲射流比连续射流更容易得到小尺寸气泡，更有利于氢的排除。     

脉冲进气旋转喷吹技术的水力模拟

在铝合金熔体净化旋转喷吹技术的基础上 ,采用水力模拟实验研究了脉冲进气方式对气泡大小的影响。实验结果表明 :脉冲进气方式有利于产生射流 ,使气泡变小 ,并增加了气泡与熔体接触的比表面积 ,从而改善了除氢的动力学条件 ,有利于提高除氢效果。