电渣重熔过程渣池磁流体力学行为数值模拟

建立了耦合电渣重熔过程渣池内电磁场、温度场和流场的数学模型,在考虑渣池内电磁力和热浮力对熔渣流动影响的基础上,分析了电渣重熔工艺(电极形貌、插入深度和电流强度)对渣池磁流体力学行为的影响规律.结果表明:当电磁力为主时,渣池内存在逆时针涡流;当热浮力为主时,渣池内存在顺时针涡流.电渣重熔电流5kA,频率50Hz,电极端部为平面时,渣池内同时存在逆时针和顺时针涡流,最大流速为005m/s;当电极端部为锥形时,渣池内部只存在顺时针涡流,最大流速为020m/s..增加电极插入深度和增大电流强度都会增强渣池内逆时针涡流;相反,则增强渣池内顺时针涡流.     

电渣重熔过程的数值模拟

以电渣重熔电极、渣池和铸锭为研究对象,建立了电渣重熔体系三维准稳态数学模型.利用商业软件ANSYS得到了电渣重熔过程的电磁场、流场与温度场.计算结果表明,在电极和钢锭内,电流主要集中在外表面,在渣池内主要集中在电极角部;由于电流密度分布不同导致的电磁力和焦耳热及冷却条件共同影响渣池内流场和温度场;随着熔速的增加,熔池深度和两相区最大宽度增加;本工况下,700~800kg/h的熔速将对应一个最短的局部凝固时间.     

T型导电结晶器电渣重熔空心钢锭过程的数值模拟

基于新开发的电渣重熔空心钢锭技术,建立了渣池和空心钢锭的三维准稳态数学模型.利用商业软件ANSYS模拟并得到了非导电和导电结晶器工况下,电渣重熔空心钢锭过程的电磁场、流场与温度场.计算结果表明:导电结晶器工况下,渣池的电流密度和焦耳热最大值均出现在T型结晶器的导电段部分,导电结晶器附近的熔池流动速度较快,渣池的温度场更为均匀,金属熔池形状更为浅平.导电结晶器在交换电极时持续保持渣池和金属熔池温度,能够避免渣池温度迅速下降而导致靠近结晶器壁的钢水迅速凝固而出现渣沟,可大大提高钢锭的凝固质量和表面质量.     

电渣液态浇注空心钢锭的数值模拟

建立了电渣液态浇注空心钢锭体系三维准稳态数学模型,利用商业软件ANSYS与CFX进行顺序耦合求解,得到了电渣液态浇注空心钢锭过程的电场、磁场、温度场与流场.计算结果表明,由于采用了导电结晶器技术,渣池电位、焦耳热分布、磁场分布、流场分布与温度场分布等均有别于传统电渣重熔过程.渣池高温区位于外结晶器壁附近,远离渣金界面,最高温度为2 113 K.渣池流场存在两个漩涡,浮力为主要的驱动力,熔渣最大速度为0.068m.s-1.金属熔池呈浅平状,有利于提高空心钢锭的凝固质量.     

电渣重熔过程中熔滴滴落的影响因素

采用VOF方法来追踪钢渣两相界面,磁流体力学模块(MHD)来加载电流、电压对电渣重熔过程中熔滴滴落行为进行数值模拟.结果表明:电渣重熔过程中自耗电极端部熔滴的数目随着充填比的增加而增多;熔滴的尺寸随着自耗电极端部形状和界面张力的增加而增大.然而,熔滴的尺寸和数量随着输入电流的增大而减小.而且一些尺寸较大的熔滴在滴落的过程中受到了电磁力、重力以及浮力等力作用被分裂成几个尺寸较小的熔滴.从自耗电极端部滴落的熔滴不具有对称性,从而导致了渣池的流场不对称性.     

电渣重熔过程电磁场和温度场数值模拟

建立了考虑电流集肤效应的三维电渣重熔电磁场和温度场数学模型,并采用电磁场和金属熔池形貌测量方法分别验证了数学模型的准确性,分析了电流频率和渣池厚度对电渣重熔过程电流密度、磁感应强度、电磁力、焦耳热、温度、熔池深度的影响规律.结果表明:随着电流频率增加,电极和钢锭表面电流集肤效应明显,渣池内部电流分布基本不变;电渣重熔系统内最大焦耳热位于平底电极与渣池接触角部,然而高温区位于渣池内部电极下方靠近渣金界面处.当渣池厚度从015m增加到021m,渣池中心轴线上最高温度从1826℃降低到1721℃,金属熔池深度从022m降低到016m.     

实验室规模和工业规模电渣重熔过程中电磁行为

电渣重熔过程中电磁现象对重熔过程和铸锭的最终质量有着直接的影响。利用数值模拟的方法研究电渣重熔过程中的电磁行为(电流密度、磁场强度、电磁力和焦耳热)。利用文献实测磁场强度验证模型,模拟结果与测量的电渣重熔渣池内的磁场强度吻合良好。研究结果表明:在工业规模电渣重熔过程中,电流的集肤效应更为明显;随着电流频率的增加,靠近电极外表面的电流密度增加;在此基础上,进一步分析实验室规模电渣重熔和工业规模电渣重熔过程的电流密度、磁场强度、电磁力和焦耳热的分布特征。     

双级串联电渣重熔系统电磁场和焦耳热场研究

以双级串联电渣重熔工艺中电极、渣池和钢锭为研究对象,建立了三维谐波电磁场数学模型,分析了其磁场、电磁力、电流密度和焦耳热功率密度分布.结果表明:对于双电极电渣重熔系统,临近效应占据主导,这和单电极电渣重熔系统集肤效应占主导完全不同.电流密度主要集中在渣内上半部分及两对电极的内侧,并且只有总电流的1/5~1/4流经钢锭;焦耳热的最大值出现在渣中及电极底部内侧.参数研究还发现:当频率大于等于35 Hz时,在电极内部电流密度趋向线性分布;当电极侵入深度增大或渣层的厚度减小时,渣池中焦耳热的最大值增大.     

电极插入深度对电渣重熔过程影响的数模研究

以电渣重熔系统电极、渣池和钢锭为研究对象,利用有限元分析软件求得稳定电渣重熔过程电磁场和焦耳热场分布,并通过计算流体动力学软件模拟分析了耦合电磁场和焦耳热场的三维电渣重熔过程在不同电极插入深度下温度场、速度场和电磁场的变化.结果表明:当电极插入深度为15 mm时,渣池两侧的逆时针方向旋转涡流之间出现一个顺时针方向旋转涡流,其尺寸随着电极插入深度的增加而增加;电极插入深度每增加15 mm,湍流动能的降幅约为21%,而最大温度值的降幅约为1%.     

电渣重熔系统渣池发热分布的数学模型

根据电磁场理论,建立了计算电渣重熔系统渣池电位分布和局部发热密度分布的数学模型。通过实验确定了模型参数。计算结果与前人的实测结果基本吻合。在上述基础上,考察了渣成分及电参数对渣池发热分布的影响。     

磁力做功问题的研究

磁场对运动电荷作用的洛仑兹力不做功。载流导体在磁场中移功时.安培力对它作功。安培力的实质是洛仑兹力.当安培力作为洛仑兹力的一个分力做正功时.必然有另一个分力做等值的负功.结论是总洛仑兹力永远不做功。     

洛伦兹变换物理模型的建立与光传播路径及超光速探讨

对体现“真空中光沿各个方向传播的速率都等同于一个常量c”的洛伦兹变换公式,通过球面参数方程并与阿基米德螺线旋转面方程比对,分析了洛伦兹变换公式所表达的实质物理模型与物理意义,得出如下结论：（1）当参数方程角度参数与角速度和时间无关时,洛伦兹变换物理模型表现为从原点出发沿x,y,z轴的射线,xz平面内或过y轴并与x轴成一夹角的圆的横向均匀扩散,圆锥面扩散,球面扩散几种型式;当参数方程角度参数与角速度和时间相关时,洛伦兹变换物理模型表现为圆锥螺线,阿基米德螺线面和阿基米德螺线旋转面形式;（2）洛伦兹变换方程本身隐含“时空弯曲”,由洛伦兹变换参数方程物理模型得出光是线、面、体扩散传播和平面、立体螺线传播;（3）理论上能找到超光速运动的粒子。     

超短洛仑兹脉冲的均方根脉冲宽度

当激光脉冲极短时,通常使用的半高全宽脉冲宽度并不能很好地描述洛仑兹脉冲,使用均方根脉冲宽度更为严格.利用理论推导的方法,给出了超短洛仑兹脉冲均方根脉冲宽度与半高全宽脉冲宽度的关系式.研究表明,当半高全宽脉冲宽度大于一个光学振荡周期时,均方根脉冲宽度与半高全宽脉冲宽度一致;当半高全宽脉冲宽度小于一个光学振荡周期时,均方根脉冲宽度与半高全宽脉冲宽度有较大的差异,并且绝对相位对均方根脉冲宽度的影响很大.     

高速运动物体的表观形象

自1905年狭义相对论创立到六十年代初,人们一直认为高速结动物体的表观形象,即是它沿着运动的方向作了罗仑兹收缩后的形象,爱因斯坦本人和罗仑兹即持这种观点。虽然在实验上还没有直接观测到,但相信随着科学技术的进步,制造出愈益精密的仪器,将来总会实现的。直到1959年,J. Terrel发表了他的研究,才弄清楚了高速运动物体的表观形象是取决于物体的罗仑兹收缩和光速有限两种效应的综合作用;在小视角的情况下,这个表观形象相当于物体作了一个转动(Terrel转动)后的形象;他还指出;罗仑兹收缩是看不见的。不久前,国内有人认为罗仑兹收缩并非绝对看不到,并提出了小视角的例子为证。本文论析了罗仑兹收缩是看得见的概念,并提供了一个大视角的可以看得见罗仑兹收缩的例子。     

考虑地下水浮力分布规律某工程地下底板抗浮性能分析

随着城市建设过程中地下结构的兴起,地下车库可以有助解决交通拥挤,但地下水浮力问题的忽视则会造成地下结构上浮、破坏、倒塌。本文基于位移变化量现场实测与ANSYS APDL数值仿真,对江苏镇江某单建式地下车库底板对比分析,研究其在有无折减工况下的应力与位移情况,计算底板抗浮能力。结果表明,地下车库工程采用大面积地下底板时,计算工况需要考虑地下水浮力的折减效应,且底板中间折减系数大,四周依次递减;而且该规律亦可反映底板的应力、位移分布规律。位移实测结果与地下水浮力折减工况下位移分布规律较为吻合。     

超临界甲烷在竖直圆管内加热的数值模拟

在超临界压力下甲烷的相变现象消失,并且物性变化非常剧烈,换热过程变得相当复杂.通过数值模拟软件FLUENT导入制冷剂物性软件REFPROP中超临界甲烷的材料模型,在准确反映超临界甲烷的热力性能和传输物性变化的情况下,采用数值模拟的方法对竖直加热圆管内超临界压力下甲烷的传热特性进行了研究.在分析不同工况下超临界甲烷换热情况的基础上,重点研究了浮升力对换热的影响,并得出了适用于甲烷的浮升力影响判别标准.结果表明:换热系数随着压力的减小而增加;当流体平均温度接近临界温度,壁面温度大于临界温度时有利于换热;在高热流密度,低质量流量的条件下容易造成传热恶化;浮升力改变了径向速度分布曲线,抑制了湍动能的产生,削弱了换热.     

一个浮力成因实验的定量计算

从浮力产生的原因这一基本规律出发，采用替代法和数学推导得到小球浮起时液面高度差应满足的条件，给出一个浮力成因实验的高度差计算过程与结果．     

盾构隧道同步注浆浆液压力变化规律研究

基于浆液流体的连续方程和运动方程,建立了浆液刚进入盾尾空隙时的环向压力分布模型;并推导了在距离注浆孔较远距离处的浆液压力梯度与上浮力的关系式。结合实际工程监测数据验证了理论分析的合理性。分析结果表明:盾构机推进时,注浆点附近的浆液环向压力分布主要由注浆孔位置和注浆孔压力及浆液重度决定;停止推进时,浆液在固结效应下压力逐渐消散,竖直方向上压力梯度逐渐减小;随着远离注浆点,浆液的压力梯度逐步减小并趋于稳定,稳定时的压力梯度主要由上浮力的大小决定。     

展向电磁力对舵面的湍流减阻控制

将电磁激活板包覆于舵面体表面并置于流动的弱电介质溶液中(如海水),通过产生的电磁力对舵面体表面的流体边界层结构进行控制.基于近壁湍流的拟序结构理论,分析了在湍流状态下展向电磁力的方向、强度、脉动方式与作用频率对湍流减阻的控制作用效果.研究结果发现,一定强度和间歇频率的展向电磁力能够有效地减小湍流状态下的舵面体所受到的流体阻力,表明湍流边界层上的展向电磁力能够影响控制舵面的湍流流体动力学特性.