错位Rushton桨的水动力学特性

为了揭示错位Rushton桨的混合机理,采用计算流体动力学方法,对层流和湍流水动力学特性进行了研究.首先通过与文献中实验结果的比较,验证了所建数值模型及模拟方法的可靠性,然后重点分析了错位桨搅拌槽内的尾涡、流场和搅拌功耗.结果表明:与标准Rushton桨相比,相同转速时,错位桨能减小尾涡尺寸,降低搅拌功耗,而且桨叶宽度越小越有利,但过低的桨叶宽度不利于增大流体速度及速度分布的均匀程度.相同搅拌功耗时,桨叶宽度为3 D/20和D/5(D为搅拌桨直径)时错位桨的搅拌效果明显优于标准搅拌桨,两者对流体速度提高的幅度相当,但桨叶宽度为3 D/20时的尾涡尺寸小,故为推荐桨叶宽度.     

新钢业炼钢厂KR法铁水脱硫搅拌装置改造

攀钢(集团)西昌新钢业有限公司炼钢厂,于2007年建成一套60t铁水罐KR法铁水脱硫搅拌装置,该装置建成后,设备故障不断,设计制造厂家现场安装调试人员不能解决。为使该装置尽快投用,新钢业炼钢厂等部门技术人员联合攻关,通过对设计缺陷逐一分析,对该铁水搅拌装置和升降小车升降机构进行了彻底改造,最终取得较好使用效果。     

底吹-机械搅拌耦合铁水脱硫的模拟

针对底吹-机械搅拌耦合铁水预处理脱硫的气体与熔体的相互作用过程,利用CFD商业软件Fluent 15.0和物理模拟的方法,针对某钢厂120t底吹钢包脱硫过程进行实验研究,并从流场、气体体积分布等方面研究了搅拌桨结构、搅拌转速、通气流量、偏心度对铁水包内钢液混合效果的影响.结果表明:使用SSB-D桨,搅拌转速200r/min,通气流量为1.5m³/h,偏心度0.4时,熔池内的流场分布得更均匀,镁蒸气气泡在铁水中更加分散和细化,增加了镁蒸气与铁水的气液接触面积,提高了镁蒸气的脱硫效率.     

基于水模实验的脱硫搅拌混合量化表征方法

在实际的KR法铁水脱硫过程中,无法直接观察到铁水罐内的混合状态。本文采用水模实验模拟铁水搅拌过程,研究脱硫搅拌混合量化表征方法。首先获取水模装置中漩涡正面和侧面图像,并定义了新的基于图像信息的KR脱硫混合量化指标——分隔尺度;应用形态学处理和灰度阈值法,从漩涡正面图像中提取涡径;采用基于Lab颜色空间的K均值聚类方法分割出脱硫剂目标,据此计算分隔尺度和脱硫剂表面覆盖率;最后通过数据拟合得出涡径及脱硫剂表面覆盖率与分隔尺度的关系。结果表明,在本文实验条件下,当涡径与模拟铁水罐半径之比为0.303～0.394、脱硫剂表面覆盖率为20%～30%时,脱硫搅拌混合效果较好。     

宣钢铁水罐扩容改造的参数

从宣钢铁水供应的现状出发,提出了"高炉—铁水罐—转炉"这样一个紧凑的高炉—转炉界面模式(铁水罐向转炉直兑铁水).并从时间、铁水质量、能源与环保、设备以及人员配置等五个方面来评价分析铁水直兑的优点,根据铁水直兑的要求,宣钢现有铁水罐必须扩容,提出了现有铁水罐扩容改造的两种方法,并对这两种方法的改造效果进行比较.最后,讨论了铁水罐扩容后相关辅助设施的改造问题,从而为宣钢的铁水供应方案的改造提出了参考依据.     

隔板搅拌槽流动与混合性能的数值研究

层流搅拌时,搅拌槽的混合效率普遍较低。为了改善搅拌效果,在桨叶上下方混合隔离区处对称布置了4块隔板,以截断隔离区内流体运动轨迹的周期性,并以甘油为介质,对有无隔板时Rushton桨在层流状态下的流动与混合过程进行了研究,分析了槽内流场结构、速度分布及功率消耗情况。结果表明,隔板不仅能改变槽内流体的流型,增强轴向循环能力,提高混合效果,而且消耗的功率低,仅为同条件下无隔板时功率消耗的76%。     

结晶器流场的模拟计算与结构优化

数值模拟是有效研究大型工业设备内部流场的手段。采用多重参考系和湍流标准k-ε模型对结晶器内部流场进行描述。利用激光粒子测速仪(PIV)测量的实验室小型搅拌槽的实验数据对计算模型进行了验证,结果表明计算模型可以有效预测搅拌设备内部的流场分布。并在此基础上研究了搅拌桨安装位置及运行参数对流场的分布影响,优化了结晶器的结构与运行参数:搅拌桨安装高度1 000 mm,导流筒柱段长度2 000 mm,搅拌转速70～80 r/min。     

搅拌槽内轴向对流循环的试验

以搅拌槽内单相湍流流场为研究对象,采用相位多普勒粒子分析仪(PDPA)对MK和ZHX搅拌器进行流场测试,得到不同几何参数的搅拌器在不同工况下的时均速度场分布.在此基础上计算挡板前轴向速度梯度的分布,由速度梯度的衰减确定搅拌槽内轴向对流循环的有效作用范围,并考察桨型、叶轮离底间隙和叶轮转速对轴向对流循环有效作用范围的影响.试验结果表明,在液面高度等于槽径时,轴流桨搅拌槽内轴向对流循环的有效作用范围与桨型、叶轮离底间隙和叶轮转速无关,高度为槽径的2/3.     

生物搅拌槽中挡板结构对搅拌效果的影响

利用Fluent软件，对无挡板搅拌槽和有挡板搅拌槽的搅拌效果进行了对比。基于有限体积法，采用RANS（Reynolds-averaged Navier-Stokes）模型对搅拌槽中的流场进行了模拟仿真，获得了搅拌过程中湍流的流速分布、压力分布和湍动能，对流场的结构形态进行了分析。结果表明：在搅拌槽中设置的挡板宽度越大，流场内的速度值波动就越大，速度矢量变化就越大，湍动能随之变大，有利于提高搅拌槽的搅拌效果；从压力分布上看搅拌槽中的最小压力均出现在距离搅拌槽底面0.12 m处；带档板结构搅拌槽的最小压力低于不带挡板的情况；搅拌槽中的挡板会导致流场中的速度矢量具有较强的旋流效应，流场内速度梯度变化较大，形成较强的涡流，有利于搅拌过程中发生更强烈的化学反应。     

混砂车搅拌罐内混合过程的数值模拟

为了在一定程度上弥补混砂车搅拌罐半经验设计方法的缺陷,以及指导搅拌罐的放大设计,基于Fluent对混砂车搅拌罐内混合过程进行非定常固液两相流的数值模拟。选用非结构化网格、标准k-ε湍流模型、Euler多相流模型、滑移网格法和SIMPLE算法,分析了搅拌区的流场、搅拌功率、固相颗粒分布规律以及混合时间。研究结果表明:搅拌流场的流动特性是上、下搅拌桨相互作用的结果;如何减小切向速度、增大轴向和径向速度是提高混合效果的关键;搅拌桨所受力矩、搅拌功率与转速的关系符合搅拌桨的常规特性;在本混砂罐搅拌均匀后,仍然有主体循环不能到达的区域,造成局部固相体积分数较低,可以通过增加搅拌罐挡板长度来优化流场;通过监测3个典型的点,获得各点浓度随时间的变化曲线,从而得到混合时间,这对实际工艺中混合时间的预测具有指导作用;数值模拟分析对混砂车搅拌罐的优化设计奠定了基础。     

行波磁场对板坯连铸结晶器内钢水流态的影响

针对板坯连铸过程中, 结晶器内钢水在行波磁场(电磁搅拌)作用下的流动行为, 采用水银作为模拟工质进行模型实验, 并结合基于流场雷诺应力模型的数值模拟, 分析钢水的流动规律及其对连铸工艺的影响. 研究结果显示, 施加行波磁场(电磁搅拌)时, 结晶器内钢水注流的对称性发生了改变, 进流被电磁力推向一侧, 在结晶器内形成全区域的水平环流, 破坏了通常钢水注流所呈现的规律性上下环流; 在结晶器上部近液面区域内, 水口两侧的环流分别被压缩到靠近水口或窄面的位置, 从而使结晶器内流场趋于紊乱的三维流态; 同时, 液面波动幅度增大, 在钢水注流与电磁力反向的一侧, 液面波动更加剧烈.     

搅拌对箱式混合澄清槽流动性能的影响

针对当前混合澄清萃取槽存在的问题,提出了改进的新型混合澄清萃取槽.采用专业的流体力学数值模拟软件ANSYS/FLUENT,对新型萃取槽内流场情况进行了模拟研究.结果表明,在油水两相流速分别为0.22和0.11 m/s,混合室搅拌转速为800 r/min,澄清室搅拌转速为20 r/min时,与传统萃取槽相比,在搅拌作用下,新型萃取槽澄清室内桨叶附近的混合带更窄,两相分离效果更佳;混合室内桨叶上下方流场呈涡旋流,与六直叶涡轮桨搅拌特点相符.     

方坯连铸凝固末端电磁搅拌工艺优化的数值模拟

利用ANSYS和CFX软件建立了描述160mm×160mm方坯连铸凝固末端电磁搅拌过程的数学模型.通过确立钢液黏度与温度的定量关系,考虑凝固时钢液黏度的重要影响,研究了方坯凝固末端糊状区磁场和流场的分布,以及电流强度对凝固前沿钢液最大搅拌速度的影响规律.结果表明:搅拌电流强度每增加100A,铸坯中心磁感应强度增加250×10-4T,切向电磁力增加1933N/m3,最大流速增加69cm/s.现场实验检验结果表明:60#钢凝固末端电磁搅拌器安装位置处液芯半径为344mm,最佳电磁搅拌频率为6Hz,最佳搅拌电流为380A,此时凝固前沿最大流速为165cm/s,铸坯中心碳偏析得到明显改善,中心碳偏析指数为104.     

飞力ITT潜水搅拌器机械密封腔强化流动特性分析

利用Fluent流场分析软件,建立了机械密封强化流动密封腔和普通密封腔流场模型,对比分析了两种密封腔内流场特性;并采用正交试验,综合考虑叶轮结构对密封腔内流场特性的影响,分析了以搅拌功率为优化对象时叶轮结构参数的优化组合。结果表明：叶轮能够增强密封腔内流体的流动效果,减小密封腔内流动死区面积,增大强制涡流区域面积;叶轮外径对密封腔流场特性的影响程度最大,叶片倾角最小。     

行波磁场净化液态金属时金属液流动控制的初步探讨

本文对行波磁场净化液态金属技术中金属液流动现象的产生进行了模拟试验和理论分析,指出紊流产生的根本原因是金属液受力不均匀．对影响电磁力均匀化的几个参数进行了测定或讨论,并提出了相应的抑制流动的措施     

磁控带极电渣堆焊熔池行为的研究

本文针对带极电渣堆焊熔池体积大的特点,利用焊前在试板的纵、横向镶嵌铜条,焊后检测铜质点在堆敷金属中分布的方法,结合熔池温度的测定,研究了带极电渣堆焊的熔池行为。结果表明,熔池表面和底部的温度都低于电弧焊,这是造成低稀释率的根本原因;熔池内熔融金属流动速度的分布是由熔池温度分布决定的;熔池在外磁场力的作用下,当磁控电流增大或磁棒与带极距离增大时,焊道宽度增大,表面平整,咬边被消除。     

窄板坯结晶器内连铸工艺参数对钢液流场的影响

Computational simulations and high-temperature measurements of velocities near the surface of a mold were carried out by using the rod deflection method to study the effects of various operating parameters on the flow field in slab continuous casting (CC) molds with narrow widths for the production of automobile exposed panels. Reasonable agreement between the calculated results and measured subsurface velocities of liquid steel was obtained under different operating parameters of the CC process. The simulation results reveal that the flow field in the horizontal plane located 50 mm from the meniscus can be used as the characteristic flow field to optimize the flow field of molten steel in the mold. Increases in casting speed can increase the subsurface velocity of molten steel and shift the position of the vortex core downward in the downward circulation zone. The flow field of liquid steel in a 1040 mm-wide slab CC mold can be improved by an Ar gas flow rate of 7 L·min?1 and casting speed of 1.7 m·min?1. Under the present experimental conditions, the double-roll flow pattern is generally stable at a submerged entry nozzle immersion depth of 170 mm.