小型喷嘴雾化特性的实验研究

以水为雾化介质,以激光粒度分析仪为核心建立了雾化实验测试系统,对孔径分别为0.46 mm和1.44 mm的喷嘴进行了5个压力下的雾化特性实验测试,得到了两种喷嘴的索太尔平均径D(3,2)、中位径D50和体积平均径D(4,3)等表征喷嘴雾化特性的关键数据。结果表明,随着雾化压力和流量的增大,雾滴的D(3,2)、D50、D(4,3)均减小,而雾滴分布的标准差σ变大,即雾滴平均直径变小而分散度增加;雾化压力是喷嘴雾化的效果决定变量,在压力0.28 MPa下,0.46 mm孔径喷嘴雾化液滴(对应流量为8.5 L/h)的D50为73.24μm,1.44 mm孔径喷嘴雾化液滴的D50为84.94μm;同一压力下(0.28 MPa),0.46 mm孔径喷嘴的雾化效果优于1.44 mm孔径喷嘴。     

浸没侧吹气体的流动和穿透行为

浸没侧吹技术目前被广泛应用于火法冶金，极大促进了冶金工业的发展。本文旨在进一步了解火法冶金中的气液相互作用机制。本文采用高速摄像-数字图像处理-统计方法，系统研究了气体流量、喷嘴直径和喷嘴倾斜角度对空气-水体系中浸没侧吹气体的时空分布和穿透行为的影响。结果表明，随着气体流量的增加，气体运动将逐渐从鼓泡机制转变为稳定射流机制，并将逐渐形成完整射流结构。当气体流量较低时，在喷嘴上方将形成一个由大气泡构成的气泡区域。当气体流量和喷嘴直径均较大时，在喷嘴上方将形成一个由微小气泡构成的气泡区域。增加喷嘴倾斜角度将导致形成完整射流结构需要更大的气体流量。在采样时间内，无量纲水平和竖直穿透深度呈高斯分布。减小喷嘴直径，增加气体流量或喷嘴倾斜角度，将扩大气体的分布范围和采样时间内气体穿透深度的离散性。通过量纲分析，获得了误差在±20%以内的关于气体穿透深度的新关联式。由当前研究提出的关联式计算出的120 t转炉中氩气-熔体系统的水平穿透深度与文献中关联式的计算结果和文献中的数值模拟结果非常接近。     

静止液体中顶部浸没管口处气泡形成的数值预测

综合分析气泡的受力,基于动力学平衡建立了长大-脱离的两阶段气泡运动方程.对顶部浸没管口处形成气泡的尺寸进行直接数值预测.分析了气体流量、管口内外直径以及表面张力、液体粘度和液体密度对气泡尺寸的影响.并将计算结果与实验结果进行了对比,两者吻合较好,变化趋势一致.研究表明:气泡尺寸随着气体流量以及管口的内径和外径的增加而增大.气体流量和管口内外径都是影响气泡尺寸的重要因素;在一定气体流量下,气泡的直径随着表面张力和液体粘度的增加而增大,而随着液体密度的增加而减少;随着气体流量的增加,液体粘度对气泡尺寸的影响增强,而液体密度以及表面张力对气泡尺寸的影响减弱.     

泄爆外部压力变化特性的影响因素

为了研究可燃性气体爆炸泄爆过程中,不同因素对容器外部压力变化特性的影响,利用0.022和0.113 m3 2个球形容器进行了一系列实验。实验结果给出了不同容器容积、泄爆面积、容器结构和形式条件下容器外部压力发展历史：容器容积减小,会导致泄爆容器外部的峰值压力增大,压力变化更为迅速,持续冲击时间减小;泄爆口直径在0~0.04 m范围内增加,容器外部最大压力上升速率及峰值压力均相应增大,呈现上升的趋势但非线性,存在一个增加程度先减小后增大的驻点;容器结构和形式对泄爆过程产生显著的影响,相对于单个容器,连通容器外部峰值压力、最大压力上升速率均有较大提高;连通容器泄爆时,跟大容器泄爆相比,小容积泄爆外部最大峰值压力较大,最大压力上升速率较小。     

基于压力溶气的微气泡生成实验研究

建立压力溶气微气泡生成实验平台,在不同的压力条件下采用多种结构的释放器进行溶气水释气实验,分析释放器结构和工艺条件等因素对微气泡生成特性的影响。研究结果表明,在其他条件相同时微气泡生成直径与释气角间呈单增关系,当释气角大于60°时生成气泡直径增速变缓;微气泡生成直径则随着压力的升高呈递减趋势,当释气压力达到0.5 MPa时,不同结构释放器生成的气泡直径差异很小。在实验研究范围内,选用释气角为60°的释放器在0.4 MPa的释气压力下能够得到较小的气泡,从而提高气泡质量、改善气浮效果。     

Cr12N钢高压凝固钢锭的气泡分布

在冶炼Cr12N铁素体高氮钢时,发现钢锭中有气泡产生,但随着凝固压力的增加,气泡含量越来越少。当熔炼压力0.6 MPa,凝固压力由1.0 MPa增加到1.6 MPa时,气泡数量的平均值由46.37个/mm2降到9.46个/mm2,气泡量下降到原来的20.4%;直径大于20μm的气泡数量下降到原来的17.4%,而直径小于5μm的气泡数量增加了37.7%。熔炼压力0.3 MPa凝固压力1.6 MPa的钢锭,下表面的气泡平均面积含量是上表面气泡含量的23.9%,边缘位置处的气泡平均面积含量是中心位置处的25.9%。根据建立的计算钢锭中实际氮含量模型可知,当熔炼压力为0.6 MPa凝固压力增加到1.8 MPa时,可得到没有气泡的高氮钢锭。     

气泡雾化喷嘴下游流场的特性分析

用Fluent软件对气泡雾化喷嘴下游不同截面雾化液滴的平均直径和速度分布进行了模拟计算.分析了雾化粒径与喷嘴直径、气液质量比、气体压力和液体流率之间的关系,以及雾化粒径和流动速度随喷嘴距离(轴向和径向)的变化规律.结果表明,雾化粒径与喷嘴直径之间呈近似正比关系,与气液质量比之间呈近似反比关系,而与气体压力和液体流率之间则存在最优匹配问题.随着喷嘴距离的增大,雾化粒径增大,而流动速度减慢.     

底吹中间包气泡形成过程的数模研究

采用两阶段模型，使用MATLAB语言编程，对中间包气幕挡墙砖中气泡的形成过程进行了数学模拟，研究了影响气泡大小的因素。结果表明：中间包内所形成气泡的大小主要受气体流量、钢液流速和气孔直径的影响。气泡直径随气体流量的增大而增大，随钢水流速的增大而减小，随气孔直径的增大而增长。孔径增大对气泡直径的影响较明显，孔径较小且只在较小范围内波动时，钢液流速和气体流量是主要影响因素。     

气液双相微纳米气泡发生器的关键结构优化分析

为了对气液双相微纳米气泡发生器的关键结构进行优化分析,建立了该发生器的三维模型并分析了其工作原理,利用有限元仿真软件FLUENT对该发生器流场在不同工作压力下进行数值模拟仿真,分析仿真结果发现:当发生器的入口压力为1. 5 MPa时产生的气泡数量最多,在入口压力分别为0. 5、1. 0、1. 5和2. 0 MPa时,该发生器产生直径在1 nm左右的气泡所占比例分别为41. 9%、53. 3%、73. 2%和69. 6%;探讨了该发生器通流腔直径、扩张腔大/小径、旋流腔直径4个关键结构的尺寸对产生的气泡大小和数量的影响,并分析了产生相关影响的原因。结果表明:当入口压力为1. 5 MPa时,该微纳米气泡发生器产生的微纳米气泡数量最多,粒径最均匀;适当提高通流腔直径和旋流腔直径有利于提高该微纳米气泡发生器的工作性能,而改变扩张腔小径和扩张腔大径对于提高其性能均无显著的影响。     

静止钢液中影响钢包孔口处底吹气泡的因素

运用气泡形成的两阶段模型,分析在一定气体流量下,静止钢液中通过钢包孔口连续溢出气泡的形成过程。通过MATLAB编程计算得到气泡的脱离直径。对影响气泡脱离尺寸的气体流量、孔口直径和表面张力因素进行分析,并将气泡直径的理论计算值与数值模拟结果进行比较。从理论计算结果以及与数值模拟对比得出:随着气体流量的逐渐增大,气泡的脱离直径总体变化趋势为由缓慢增大到迅速增大;在较小的气体流量下,气泡脱离直径受孔口直径和表面张力影响显著,随着流量的增加其影响越来越小;孔口边缘的润湿性对气泡脱离尺寸的大小起决定性作用。     

连铸结晶器内气泡运动行为及影响因素

为了研究连铸结晶内气泡的运动行为及影响因素,采用了改进的数学模型对气泡在钢液内的运动行为进行了模拟.数学模型考虑气泡的弹开、聚合以及破碎行为,分析了不同拉速和浸入深度对气泡分布范围、含气率以及气泡平均直径的影响.研究结果表明:初始直径较小的氩气泡在水口内的运动过程中会发生碰撞聚合,生成大气泡.相同拉速下,气泡的分布范围和含气率随着水口浸入深度的增加而增大,气泡平均直径随浸入深度的增大而减小.相同浸入深度下,气泡的分布范围和含气率随着拉速的增加而增大,气泡平均直径随拉速的增大而减小.拉速对气泡直径的影响大于浸入深度的影响.     

氧气底吹造锍过程中气泡行为的水模实验

通过底吹炼铜转炉水模型实验,研究底吹造锍转炉中喷嘴数量、喷嘴角度、喷嘴直径、气流速度等因素对转炉熔池气泡大小、气含率及液面喷溅的影响规律.结果表明:喷嘴直径的增大不利于气泡微细化,且加剧了液面喷溅现象;喷嘴角度的增大有利于减小喷溅,但气含率下降;气流速度的增大有利于气泡微细化,显著提高气含率,但喷溅比较剧烈.与单喷嘴喷吹相比,在总喷气量相同的条件下,双喷嘴喷吹具有明显的优势,两种方法的气泡微细化程度差别不大,但是双喷嘴的喷溅情况明显减弱;双喷嘴夹角44°时能获得最大的气含率,约为9%.     

顶吹搅拌液相流体的水模实验与数值模拟分析

采用水模型和VOF数学模型对浸没式气体顶吹搅拌液相流体分别进行实验与数值模拟,分析在不同喷吹条件下气泡在液相中的形变、运动及液相流体的流场特性。结果表明,随着气流量和喷管浸入液面深度的增加,气-液混合区域分布范围逐渐扩大,液面波动更剧烈;气流量越大、喷管浸入液面越深、液相温度越高,气泡运动对液相流体内部的搅拌作用越强,流体内部扰动越剧烈,液相流场域中的流场速度越大,其中,当气流量为2.0m3/h、喷管浸入液面深度为340mm时,其液相流场速度最大值达到1.18m/s。     

连铸结晶器内气泡群粒径分布的实验研究

为了获得结晶器内的气泡粒径及其分布规律,建立了一套水模型实验系统.为模拟真实上水口的吹氩过程,采用莫来石制作水模型的环状吹气装置,利用激光片光源和高速摄像机捕捉气泡的瞬时分布,并采用Image J软件分析和计算气泡的粒径.结果发现:气泡平均粒径随水流量、水口插入深度的增加而增大,随吹气量、水口倾角的增大而减小;莫来石弥散砖产生的气泡初始粒径较小且分布均匀.气泡粒径在结晶器宽面一侧水平方向上呈先增大后减小的趋势.随水流量的增大,气泡分布更加分散;随吹气量的增加,气泡分布规律无明显区别,但粒径增大.     

基于FTM的不同初始形状同轴双气泡上升直接数值模拟

多气泡运动在各个工程领域广泛存在。为更好的研究不同形状的多气泡上升过程,采用界面追踪法（FTM, Front Tracking method）对四种具有不同初始形状的双气泡上升情形进行二维数值模拟。模拟结果表明,两竖直分布的气泡上升时,上部气泡的尾流会使下部气泡的速度更快;气泡的初始形状对气泡上升的速度和变形都有影响,圆形气泡相较于椭圆形气泡,上升速度更小;下部气泡为椭圆形时,上部气泡的变形更大。     

Physical model of fluid flow characteristics in RH-TOP vacuum refining process

To understand the characteristic of circulation flow rate in 250-t RH-TOP vacuum refining process, the l:4 water model test was established through the bubble behavior and gas holdup in the up-leg to investigate the effects of different processes and equipment parameters on the RH circulation flow rate. With the increases of lifting gas flow rate, lifting bubble travel, and the internal diameter of the up-leg, and the decrease of nozzle diameter, the work done by bubble floatage and the circulation flow rate increase. The expression of circulation flow rate was derived from the regression analysis of experiment data. Meanwhile, the influences of vacuum chamber pressure and nozzle blockage situation on the circulation flow rate were discussed in detail by the bubble behavior and gas holdup in the up-leg. It is necessary to maintain a certain vacuum chamber liquid level in the molten steel circulation flow. Compared with a nozzle with symmetrical blockage in the up-leg, when a nozzle with non-symmetrical blockage is applied, the lifting gas distribution is non-uniform, causing a great effect on the molten steel circulation flow and making the circulation flow drop largely.     

锌电解槽内气液两相流动的数值模拟

应用FLUENT软件,分别对单组阴阳极、多组阴阳极锌电解槽中的电解液流动进行了数值模拟研究.针对单组阴阳极间的电解液,基于气泡产生及运动的机理计算出单个气泡在静止电解液中的上浮速度为0.017 m/s.气液两相流数值模拟结果表明:在气泡的作用下,电解液沿阳极板向上运动,沿阴极板向下运动,形成一个大的循环;而气泡群上浮的平均速度约为0.021 m/s,与文献实验数据相吻合.针对实际生产中多组阴阳极锌电解槽,气液两相流数值模拟结果表明:在气泡上浮曳力和电解液进出口压差驱动的共同作用下,电解液的运动态势与单组阴阳极仅考虑气泡曳力作用时的状况相同,极间电解液平均流速是无气泡作用时的1.5倍左右,这将有利于加快极板附近电解液的更新,延缓锌离子的贫化.     

精炼工艺中气泡的行为及其对去氢的影响

本文采用ＫＯＨ溶液－ＣＯ２气体的模型，研究了喷孔、喷嘴、透气砖、ＳＮＩＦ 和 ＡＬＰＵＲ 等吹气精炼液体金属的工艺中，气泡的行为及其对去氢的影响。研究结 果表明：喷孔、喷嘴或透气砖形成的气泡尺寸大、数量少、近乎直线上升、集中分 布，气泡间合泡严重，金属液而搅动剧烈，因此，去氢效率低；ＳＮＩＦ和 ＡＬＰＵＲ旋 转喷嘴形成的气泡尺寸小、数量多、沿螺旋线上升．因此，去氢效率较高，但其仍存在 气泡分布不均、金属液面搅动剧烈等不足。在此基础上，研制出一种具有更高效率的精 炼装置──ＤＩＴ ８６．     

微孔介质上气泡形成规律的研究

用激光测试技术对微孔介质上气泡形成规律进行了研究。实验结果表明,在微孔介质上所形成气泡的 Ｓａｕｔｅｒ平均直径随通气量的增大而减小;液相中盐或醇的引入使形成的气泡直径明显减小。使用不同模型的计算结果表明,单一孔上气泡形成模型难以描述微孔介质上气泡形成规律。为了描述微孔介质上气泡形成过程,不仅要考虑孔径减小带来的影响,而且要考虑操作条件及体系性质的变化对实际生成气泡的“有效孔”数目及当量直径等因素的影响。