大方钢坯连铸二冷区传热与凝固过程数值模拟

采用改进的波动冷却法(FCA-I)对大方坯连铸二冷区传热与凝固过程进行数值模拟,并与单调冷却法、波动冷却法(FCA)的计算结果进行比较. 结果表明,3种方法计算所得铸坯矫直前温度及液芯长度均与实测值相近,但FCA-I法计算结果更准确,可实时预测拉速变化时铸坯表面温度分布与液芯长度变化. FCA-I法既保留FCA法能准确反映铸坯足辊间温度、凝固壳厚度变化的优点,同时也克服了其难以适应变拉速的缺点. FCA-I法模拟所得结晶器内和二冷区凝固壳厚度dshell与凝固时间t的关系分别满足dshell=19.62t1/2-2.52和dshell=29t1/2,模拟值与文献结果基本一致.     

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.     

板坯连铸凝固过程动态耦合数值模拟

基于实际生产测得的数据,采用连续动态三维耦合模型对板坯连铸凝固过程的流场、温度场和凝固进行模拟. 结果表明,由浸入式水口进入的钢液在结晶器内冲击形成上下两股回流,凝固促进了流动速度的衰减,提高拉速扩大了回流区域;结晶器内铸坯宽面偏角部100~150 mm处存在局部过热,在结晶器出口,拉速由0.02 m/s增加到0.025 m/s,坯壳厚度减小约3 mm.     

板坯连铸结晶器内液面波动数值模拟

以某厂190mm×1700mm连铸结晶器为研究对象,采用商业软件Fluent,应用VOF模型对结晶器内钢/渣界面波动进行数值模拟,主要研究拉速、浸入式水口倾角及水口插入深度等工艺参数对结晶器内自由表面液面波动的影响,并用水模实验进行了验证.结果表明,随着拉速的增大,浸入式水口倾角向下减小及水口插入深度的减小,液面波动明显增大,靠近窄面附近的波动较为显著,液渣层覆盖不均匀.当插入深度在140~180mm之间变化时,钢/渣界面波动幅度不大.     

双条横稳电磁制动板坯结晶器内钢液流动与传热及凝固耦合的数值模拟

建立了板坯连铸结晶器内流动、传热和凝固耦合的数学模型,分析了在有无电磁制动下,结晶器内钢液流动、温度分布及凝固坯壳厚度的变化情况. 结果表明,在电磁制动的作用下,从浸入式水口流出的钢液速度得到了抑制,引入电磁场能减小射流冲击深度,有利于稳定和减少钢液面波动和促进凝固坯壳的生长,拉速为1.1 m/min时,结晶器出口处凝固坯壳厚度增加约2 mm.     

板坯连铸结晶器内夹杂物运动行为的数值模拟

针对某钢厂板坯连铸结晶器的结构参数,建立了描述结晶器内钢液流动的三维数学模型,用Fluent软件对结晶器内钢液流动行为和夹杂物运动行为进行了模拟,分析了不同颗粒直径,不同颗粒密度,不同颗粒数量及不同加入位置对夹杂物上浮的影响.研究结果表明,夹杂物的轨迹与钢液的流线图相似;夹杂物颗粒数量对去除率影响不大;夹杂物密度为3500kg/m3、直径为400μm时可以完全去除;密度较小且靠近浸入式水口壁面的夹杂物易被除去.     

连铸凝固过程热模拟实验方法及应用案例

凝固是制约冶金产品质量的重要环节,但因高温、不透明、大规模和连续化的生产特点,连铸生产条件下的凝固问题研究极为困难。目前的研究方法主要包括数值模拟、物理模拟和热模拟,其中热模拟方法因可以直接获取接近生产条件的实验数据而备受关注。本工作系统介绍了连铸凝固热模拟研究方法,简述了热模拟技术原理,并对结晶器热模拟方法及特征单元热模拟方法的原理和应用进行总结。其中,基于特征单元热相似性提出的连铸坯枝晶生长热模拟及凝固裂纹热模拟等方法成功地将十几吨铸坯的凝固过程“浓缩”到实验室用百克钢研究,不仅可以揭示钢液成分、浇注和冷却条件等因素对凝固过程、组织和元素分布的影响规律,而且还可以获得铸坯固液界面形貌、界面前沿溶质扩散和夹杂物演变、凝固裂纹形成的可能性及条件等其他手段无法得到而冶金界非常关注的问题。要点：(1)概述了连铸凝固过程研究方法。(2)重点介绍了连铸凝固过程热模拟方法的分类、原理和应用。(3)总结展望了连铸热模拟研究方法的研究方向。     

板坯连铸结晶器内钢液流动特征的模拟

研究了板坯连铸工艺参数对结晶器三维流场的影响.考察的工艺参数包括浸入深度、水口倾角和水口结构形状,考察指标为内部流场以及冲击深度和表面湍动能.利用CFX软件采用数值计算方法进行了实验模拟研究.模拟研究结果表明,水口浸入深度增加,熔池表面附近向上运动的回流区加大;水口倾角增大,上部回流区变大,下部回流中心下移;浸入深度增加,则冲击深度增加;水口倾角增大,冲击深度减小.浸入深度增加,表面湍动能减小;水口倾角增大,表面湍动能增大.本研究与实际工艺研究是相辅相成的,为工艺技术研究提供了一种灵活、方便、高精度的辅助工具.     

板坯结晶器内电磁制动过程流场的数值模拟

应用描述结晶器电磁制动过程的三维流动数学模型,并利用所开发的计算程序ＭＯＬＤ－ＥＭＢＲ ３Ｄ１．０进行了数值模拟．结果表明：电磁制动能明显减缓钢水主流股的流速,缓解对铸坯窄面的冲击,有效地抑制表面波动,减小钢水的冲击深度;磁场和流场的相互作用程度直接影响电磁制动效果,磁场位置的升高或降低会出现双涡现象．     

喷射成形沉积坯凝固过程和温度场的数值模拟

结合沉积坯的实际沉积过程,利用跟踪计算沉积坯表面轮廓线坐标而建立沉积坯形状的预测模型,模拟结果与实验基本吻合,表明该方法可以获得较合理外形的沉积坯;使用有限元分析方法,对沉积坯动态凝固过程做出了表征,并对其温度场做出数值模拟,结果表明,利用数值模拟方法可以理解喷射沉积动态凝固过程,有效优化沉积工艺,对获得优质沉积材料具有一定指导意义.     

基于FLUENT除尘器流场模拟

许多环境工程设备需要针对不同的工作条件进行设计。但环境净化和处理设备内部的流场极其复杂。单靠经验很难判断设备工作状况和净化效果。在设计过程中借助CFD软件对除尘器内部流场模拟,可以观测设备内部流场参数分布,通过调节参数使除尘器达到设计要求。本文以旋风除尘器为例,利用FLUENT对旋风除尘器内部流场进行了数值模拟．讨论了不同条件对内部流场的影响．探讨了FLUENT软件在环境工程教学科研中的用途。     

切缝参数对工业实验软接触结晶器内磁场分布影响的数值模拟

通过有限元法三维数值模拟,研究了不同结构参数对圆坯电磁软接触结晶器内部磁场的影响规律. 结果表明,对于部分切缝结晶器,结晶器口部有无盖板对其内部磁场分布的影响不大;增加结晶器切缝数,结晶器内磁场的渗透率、磁感应强度、磁场的有效作用范围及磁场的均匀性都得到增强;切缝宽度对结晶器内部磁场的影响不大;切缝长度越长,磁感应强度越大,磁场的有效作用范围越大.     

TNT、DNAN和DNTF单质凝固过程中温度和缩松的数值模拟及实验研究

为了解熔铸载体炸药凝固过程中温度及缩松规律,以TNT、DNAN和DNTF 3种单质炸药为研究对象,使用铸造软件ProCAST对3种载体在铜模具中自然凝固时轴向不同位置处温度变化及总体缩松情况进行了模拟计算,并针对模拟工况进行了试验验证;通过热电偶温度传感器测量并记录温度曲线;对凝固后的药柱进行机械剖分并观察缩松情况。结果表明,TNT、DNAN和DNTF的凝固点分别为81、90和109℃;TNT及DNAN凝固偏向于逐层凝固,而DNTF凝固则接近于体积凝固;3种单质炸药凝固过程中温度模拟结果准确度高,平均误差均小于10%;缩松预测计算结果同试验结果一致;模拟计算精度能够满足工艺实践的需求。     

换热器传热数值模拟的两个假设

对管壳式换热器的数值模拟所采用的数值模型发展过程进行了详细介绍,列出了管壳式换热器壳程和管程数值模拟所取得的研究成果。接着对换热器的整体传热模拟作了简化,提出两种假设,并举例进行数值模拟验证,结果表明：温度场的分布与假设相近。这样对换热器的数值模拟给出一个新的思路。     

连续锦纶干燥塔的数学模型研究及数值仿真

针对某干燥塔的结构特点及运行过程中传热传质特性,建立了该干燥塔中干燥过程的传热传质微分模型,并用试验数据验证其合理性。运用经典龙格库塔法获得该模型的数值结果,分析了传热传质过程中干燥氮气温湿度和锦纶切片温湿度沿塔高的分布情况。通过仿真优化操作条件,提高了干燥塔的干燥能力。     

基于格子波尔兹曼法的热障陶瓷涂层凝固生长过程模拟

热障涂层(TBCs)在使用过程中表面陶瓷层的脱落是影响其使用寿命的关键,针对以上问题,建立了凝固生长过程流动及传热传质模型,用格子波尔兹曼法(LBM)研究了涂层凝固生长过程。结果显示:不考虑对流影响时,晶体生长的形貌呈现对称十字枝晶形状;在考虑对流的情况下,迎流部分生长快,背流部分生长受到抑制。在大的过冷度影响下,晶界出现波动,出现二次枝晶生长。等离子喷涂涂层在温度梯度下朝向正温度梯度方向呈柱状晶生长。枝晶生长受到对流的影响和侧向温度梯度的影响。迎流方向和大温度梯度方向枝晶形貌发达,背流方向和小温度梯度处枝晶生长受到抑制。