两流中间包流场的物理模拟与结构优化

研究了坝、堰的结构和安装位置对55 t两流板坯连铸中间包内流体流动状态的影响,结合RTD曲线计算出的平均停留时间,确定了优化的中间包结构。研究表明:坝、堰组合之后可以改变流体的流动状态,延长流体运动的轨迹,提高流体的平均停留时间,但流体经过坝、堰后都存在一定体积的死区。采用坝1、堰1组合方案的中间包结构最佳,该方案的平均停留时间最长为299 s,死区体积分数最小为31.0%。优化控流参数后,在坝、堰间距为290 mm,堰到长水口间距为383 mm时,流体在中间包内的平均停留时间最长为351 s,死区体积分数最小为19.0%,比不加坝、堰的方案平均停留时间增加了65 s,死区体积分数减小了15.0%。由Newton公式计算表明,此优化方案的中间包去除夹杂物的临界直径为17.5μm,在351 s内夹杂物均能上浮去除。     

7流方坯连铸中间包结构优化

在实验室建立了7流中间包流体流动的物理模型,研究不同的控流装置组成的中间包结构对流体流动特性的影响.研究结果表明,采用原设计的导流隔墙,中间包的流体流动特性差,最小停留时间和峰值时间小,特别是第3,4流.各流的平均停留时间短,死区体积分数大于49%.中间包结构优化后,中间包流体流动特性得到很大改善,各流的停留时间分布曲线由尖窄形变成了宽矮形,最小停留时间在44.75～73.75s之间,平均停留时间延长,均在400s以上,死区体积分数显著降低,在14.45%～21.10%之间.多流中间包应有合适的冲击区体积,设计的控流装置应考虑中间包两端的控流作用.     

两流T型连铸中间包结构优化

在实验室中以1∶2.5几何相似比建立了两流T型中间包钢液流动的物理模型,保持弗劳德数相等进行物理模拟实验.实验结果表明,原方案中间包结构的最小停留时间为35.00 s,峰值时间为103.75 s左右,平均停留时间约为273.42 s,活塞流体积分数约为17.88%,死区体积分数为29.53%.采用湍控器、一堰和两坝作为该中间包的控流装置,可以大幅度改善中间包的流体流动特性.结构改进后的中间包流体流动特性:最小停留时间达到151.75 s,峰值时间为281.25 s,平均停留时间为354.16 s,活塞流体积分数为55.80%,死区体积分数降低到8.73%.     

带搅拌装置的管式反应器停留时间分布曲线

设计了一种带有机械搅拌装置的新型管式反应器.用NaCl溶液做示踪剂测定该管式反应器内的停留时间分布(RTD)曲线,并计算了平均停留时间和方差.采用L9(33)正交实验考察了流体在不同搅拌转速、不同流量及不同出口处的平均停留时间和方差.结果表明:该反应器内流体流动状态接近活塞流,平均停留时间随流体流量的增大而减小,随反应器长度的增加而增大,而随转速变化规律性不明显.     

多流中间包流动特征的数学模型

提出了针对多流中间包流动特征的数学模型,给出了绘制停留时间分布(RTD)曲线的标准及其相关计算的规范;明确了"死区"的特性,并计算了其体积分数;模型中考虑到了短路流,指出计算短路流的方法.模型可以更好地刻画活塞流的流动特性.     

连铸中间包底吹气过程水模型实验研究

以宝钢集团梅山钢厂1台连铸中间包为原型,采用自行设计的吹气装置于底部吹气,用水模型的方法研究了吹气对中间包过程的影响。实验结果表明,底部吹气显著地改变了中间包内的流体流动特征;当不吹气时,通过上挡板下部的液流以层流形式贴近中间包的底部流动,然后从出口直接流出,在中间包的停留时间较短,死区体积较大,不利于夹杂物的去除;吹气以后,上升的气流起到了气幕挡墙的作用,通过上挡板下部的液流,被上升的气流抬起,贴近液面流动;吹气有利于增加平均停留时间,缩小中间包的死区体积,此外,上升的气流对中间包的液流具有一定的清洗作用,有利于夹杂物的去除;吹气用于中间包去夹杂过程,不需要较大气体流量。在气体流量相同时,在水模型实验装置中3个位置吹气对中间包的平均停留时间、中间包的死区体积分数、最短平均停留时间的影响大致相同,但总体上,中间位置的吹气效果要好于其他2个位置的吹气效果。     

变径流化床反应器内的气固流动特性数值模拟

采用计算颗粒流体力学(CPFD)的数值模拟方法,对直径为160 mm、高度为273 3 mm的变径流化床反应器内的气固流动特性进行冷态模拟,研究不同气速及不同初始物料量对流化床反应器气固流动特性的影响,得到流化床内颗粒体积分数、颗粒速度以及颗粒停留时间的分布。结果表明,当气速不小于2.5 m/s时,流化床内颗粒体积分数轴向分布更为均匀,颗粒速度呈中间高、两边低的倒"U"形分布;壁面附近的颗粒停留时间长于中心处,使得壁面附近的颗粒趋于聚集;流化床的轴径向颗粒体积分数随着初始物料量的增加而增大。     

单螺杆挤出机中停留时间分布的数值模拟

将单螺杆挤出机简化为三维方腔,利用粒子轨迹跟踪技术和有限元法研究了螺杆转速和物料弹性对挤出机内停留时间分布的影响;同时,利用“完整模型”拟合了实验数据,分别定量表征了流道中活塞流、全混流和死区所占的体积分数。结果表明,聚合物在螺槽中的运动以活塞流为主,并存在全混流和死区,全混流与死区之间存在混合;物料的流变性质和操作条...     

物性参数对纳米流体强化换热的影响

对铜-氩纳米流体在矩形槽通道内流动和换热情况进行了数值模拟,对基础流体和不同体积分数的纳米流体在不同Re下的换热情况进行研究,分析了纳米流体热物性的改变对强化换热的影响.研究表明:相对于基础流体而言纳米流体由于具有较好的导热性能而强化换热,并且纳米流体体积分数越大,其导热性能越好,从而换热能力也越大.对于相同体积分数的纳米流体,其换热系数提高的程度与流体的速度有关系,流速越小,换热系数提高得越大,而随着流速的逐渐增大换热系数提高的程度逐渐下降.     

地下过街道开挖施工地表沉降规律分析

城市地下过街道是充分利用地下空间、减少人车交通干扰、改善城市交通状况、减少交通事故的有效途径之一。本文利用有限单元分析方法,对地下过街道开挖施工地表沉降规律进行了计算模拟分析。结果表明：随着弹性模量的增加,地表沉降随之减小,地表反拱随之减小;随着泊松比的增大,沉降槽两侧地面的沉降逐渐增大;随着过街道宽度的增加,地表沉降也随之加大,沉降槽宽度增大;随着过街道埋深的增加,地表沉降随之减小,地表反拱逐渐增大,沉降槽宽逐渐减小。     

泥沙颗粒直径及体积分数对高比转速离心泵的影响

基于小粒径固液两相流在高比转速离心泵内运动比较复杂的情况,以黄河含沙水为工作介质,采用改变颗粒直径和含沙水颗粒体积分数的方法,借助Mixture多相流模型扩展的标准k-ε湍流方程与simple算法,应用CFD软件对小粒径颗粒在高比转速离心泵内的流动进行数值模拟.通过内流场的速度、压力与颗粒分布,分析粒径大小对泵内固体颗粒运动的影响和进口固相初始体积分数对泵内压力和固相分布的影响,给出离心式泵叶轮的磨损特性.计算结果表明,相同的泥沙体积分数条件下,水泵的扬程随着颗粒直径的增大而下降,相同的泥沙颗粒直径条件下,水泵的扬程随着含沙水流中泥沙体积分数的增大而下降.     

微通道内纳米流体换热与压降特性

为研究微通道换热和压降特性的影响因素,在当量直径分别为0.923 1,1.333 3和2.000 0 mm的矩形微通道内,以0.1%和0.5%(体积分数)的Al2O3-H2O纳米流体为实验工质,进行无相变以及沸腾传热与流阻特性实验研究,分析雷诺数对努塞尔数和单相流动压降的影响。研究结果表明:增加纳米粒子体积分数对摩擦压降影响较小,而努塞尔数则得到较大提高;在2.0 mm宽槽道内,纳米流体的换热系数比水的换热系数高18%;而0.6 mm宽槽道的换热系数比2.0 mm宽槽道的换热系数提高了近2倍;随着槽道尺寸的减少,摩擦压降显著增大;当雷诺数为800时,0.6 mm和1.0 mm宽槽道摩擦压降分别是2.0 mm宽槽道摩擦压降的23.3倍和4.4倍;热流密度和质量流量增大都将导致摩擦压降增大。     

离心式杂质泵蜗壳内部流场数值模拟

利用计算流体动力学分析软件,对离心式杂质泵的内部流场进行了数值模拟.计算了颗粒直径为0.076mm,固相体积分数为10%的两相流工况下的三维湍流流场,得到了蜗壳内的速度、压力和固相体积分数分布等流动信息.计算结果表明：自进口至最大半径处蜗壳内的速度不断减小,压力逐渐增大,颗粒体积分数随半径增大而增大.     

刮膜式分子蒸发器上液体的停留时间分布

以水及质量分数分别为50%、70%的丙三醇-水溶液为介质,采用脉冲示踪法与紫外分光光度法对刮膜式分子蒸馏器上液体的停留时间分布(RTD)进行研究,分别研究了进料速率、转子转速及物料黏度对停留时间分布的影响.结果表明:在实验范围内,停留时间随着进料速率的增大而减小;进料速率增大时,分子蒸发器上的液膜混合程度也随之增强;随着转子转速增大,停留时间先增大,当达到一定转速后,停留时间反而减小;停留时间随物料黏度的增大而增大,液膜轴向返混程度也随之增强.通过对实验过程的观察与分析,采用2种不同的组合流动模型对刮膜式分子蒸馏过程进行描述,经与实验数据的对比可知,模型2(2个N级全混流串联模型进行并联,其中一个区域中每个全混流模型分别与一个平推流区域进行交换)在实验条件下较为适用,模型的模拟值与实验数据吻合较好.     

非对称两流中间包内流体流动的对称化

采用数值模拟和水模型实验相结合的方法研究了不同控流方案下非对称两流中间包内流体流动行为,并将优化方案进行了工业实验.实验结果表明:采用经典组合方法计算各流的死区时,出现负死区现象,因此采用平均停留时间作为评价参数;原方案中靠近长水口侧出口的平均停留时间为194s,水口两流之间的平均停留时间之差为97s,两流之间钢液温度差为5℃.利用非对称长方形湍流控制器可以实现钢液在湍流控制器出口处流量的非对称分布.采用非对称长方形湍流控制器和多孔挡墙后,近长水口侧出口的平均停留时间为211s,水口两流之间的平均停留时间之差为34s,两流之间钢液温度差为3℃.     

多流中间包钢液流动特性分析方法

中间包水模型实验一般采用脉冲刺激-响应实验,分析所得平均停留时间分布(RTD)曲线特征;然而经典组合模型处理多流中间包RTD曲线时经常出现负体积死区分率或结果偏差较大的问题.本文基于组合模型,采用阶段刺激-响应实验,分析所得累计停留时间分布F曲线特征,对死区比例和活塞区比例进行计算.该模型计算方法适用于多流中间包的流场特征计算.基于累计停留时间分布曲线特征分析,对某钢厂七流中间包控流装置结构进行优化,优化后的中间包死区比例降低,各流差异减小,有利于生产顺行和铸坯质量的提高.     

转炉局域传质和混匀效果

采用冷态转炉对转炉熔池局域流动和传质效果进行了研究．选用不同氧枪喷头、枪位和熔池形状进行实验,通过测量熔池各区域的电导率值来研究熔池局域传质和混匀效果．根据实验结果,分析了各因素对熔池传质、死区分布、混匀时间及熔池速度均匀性等的影响．研究结果发现：标准熔池（径深比为3．1）中,熔池死区主要位于熔池底部侧壁和环流中心处;浅型熔池（径深比为5．2）中,熔池死区主要位于熔池侧壁．适当增加氧枪喷孔倾角和熔池径深比,有利于增大熔池环流半径,改善熔池内部流动,减小熔池内部死区．     

兴澄特钢中间包结构优化

以兴澄特钢连铸中间包为工程背景,根据相似原理建立了中间包水模型系统,研究了4流不同结构的中间包的流体流动特性.研究表明:原结构的中间包同一侧的两流之间的流体流动特性存在很大差异,与内侧流相比,外侧流的最小停留时间、峰值时间小,死区体积大,造成中间包内钢液温度不均匀,夹杂物不能有效地上浮去除,不能很好地满足高质量特钢生产的要求.采用优化后的挡墙和坝组合的中间包控流装置,外侧和内侧的停留时间分布趋于一致,表明外侧流和内侧流之间流动特性相近.中间包结构优化后平均死区百分数由原结构的58.2%降低到10.9%.     

总体分析法在非对称两流中间包水模型中的应用

为了解决经典组合方法处理多流中间包停留时间分布(RTD)曲线过程中出现的负死区体积分率问题,利用总体分析法对多流中间包各流的RTD曲线进行合成预处理,得到特征RTD曲线.然后利用经典组合方法处理特征RTD曲线,获得评价多流中间包流体流动的整体评价参数.非对称两流中间包水模型实验结果表明,Sahai修正方法仍会出现负死区...     

350 MW电站燃煤锅炉NOx反应特性研究

对350 MW电站四角切圆燃煤锅炉的NOx反应特性进行了试验和数值模拟.结果表明:燃烧器氧的体积分数从3%增大到5%,NOx排放体积分数从392×10-6上升到535×10-6(氧占6%),上升幅度为33.8%.出口氧量(体积分数)为4%时,锅炉的飞灰含碳量最小,燃烧效率最高.随着氧量的增大,炉膛中心温度、炉膛截面平均温度和炉膛截面最高温度等沿高度的分布有减小的趋势,氧量从3%增大到5%,炉膛中心火焰温度的最大减小幅度为180℃.而随着氧量的增大,炉膛中心NOx体积分数、炉膛截面平均NOx体积分数和炉膛截面最大NOx体积分数等沿高度的分布有增大的趋势.炉膛截面最高温度和最大NOx体积分数沿高度的分布出现在燃烧器区域.截面平均温度和截面平均NOx体积分数沿高度分布的最大值出现在燃烧器上方5~10 m处.燃烧器区域炉膛横截面上NOx最大值出现在旋转火焰的环形区域,中心和四周的NOx体积分数较小,炉膛纵截面上的NOx最大值出现在燃烧器组喷口附近.燃煤锅炉的NOx主要在燃烧器区域生成,燃烧器区域的NOx生成速率是燃尽区域的3~5倍.