180t RH气体扩散行为物理模拟

以某炼钢厂钢包和RH真空精炼设备为原型,建立与原型尺寸比为1:4的物理模型,测量吹入CO2后Na OH水溶液p H值变化来研究供氧、脱碳等气体扩散行为。通过不同提气量和真空度条件下的对比试验,可以得出:吹气过程,真空度对CO2浓度变化影响不大,提气量对CO2浓度的影响较大,增加提气量能够提高CO2浓度,提气量为5.2 m3/h时CO2浓度比提气量为3.0 m3/h时高约7%;脱气过程,真空度对CO2浓度的影响有所改善,提气量对CO2浓度的影响趋势比真空度稍微明显一些。     

210t RH精炼装置脱碳过程的数值模拟

RH是降低钢液碳含量、提高钢液纯净度的重要冶金反应器.准确确定RH装置内碳氧含量随时间的变化关系是控制RH脱碳行为的关键.脱碳数学模型考虑了活度和烟气化学成分的影响,并利用变步长四阶龙格库塔算法进行求解.数值结果与210 t RH工业试验结果相符.数值结果给出了容积系数、活度、二氧化碳生成量、压降模式、氩气流量等因素对钢液中碳含量的影响.在这些参数中,容积系数和压降模式是两个最重要的因素.     

撞击流中单颗粒运动行为的数值模拟

通过采用格子波耳兹曼方法模拟撞击流流场,采用拉格朗日法跟踪颗粒相,对单颗粒在撞击流中的行为进行了数值模拟,得到了不同Re数和不同喷嘴间距H与喷嘴高度W比值(H/W=1,2,4)时颗粒的运动轨迹图,以及颗粒在流场中的最大渗入深度和停留时间.同时,对颗粒在湍流撞击流中的运动规律也进行了初步探讨.计算结果表明,当H/W一定时,随着Re的增大,渗入深度变长,停留时间却变短;而当Re不变时,随着H/W的变大,渗入深度和停留时间都变长.     

150t RH精炼过程中环流量的水模拟研究

在几何相似比为1:4的水模型上研究了150t RH精炼装置内钢液的流态特性进行分析,着重考察了浸渍管内径、气泡行程、浸渍管插入深度、吹气量和吹气孔个数及分布对环流量的影响.研究表明,RH环流量随浸渍管内径增大而增大.延长气泡行程有利于发挥驱动作用,也有利于脱碳,但有极限值.150t RH精炼装置的合理插入深度应该控制在480 ～ 660mm.吹气量对环流量的影响比较大,存在饱和值,合理增加吹气孔数量和分布可以得到较大的环流量.     

RH真空精炼循环流动流场结构的数值模拟

为研究RH真空脱气过程中的流动行为,基于欧拉-欧拉两流体模型,建立了描述气泡驱动下的RH循环气-液两相流动的数学模型.采用计算流体力学(CFD)商业软件FLUENT6.0,应用所建理论模型对真空室和钢包内的流动进行了数值模拟,得到真空室内及钢包内的流动规律与实验结果基本一致.对流场结构的分析发现其中存在内部相对独立的回旋流动区域,会降低整体循环效率.RH设备的几何结构参数和充气参数的优化与匹配设计是未来改善循环流动结构、提高循环效率的关键.     

多股传输电缆的数值模拟

采用线单元的边界元方法研究了五股传输电缆线的电位问题，得到了五股传输电缆线的电位场的分布规律，并且绘制了电位场的等位线图和立体图，计算结果表明，用线单元边界元法处理此类问题方便、快捷、精度高。     

岔管流动的数值模拟

应用k-ε模型和控制体积法建立了三维紊流数学模型,根据工程需要对某抽水蓄能电站的引水岔管和尾水岔管的不同体型进行了流态、流速、压力分布的数值模拟研究,在原方案计算结果的基础上提出了修改方案并进行了对比计算,给出了不同工况的水流流态、流速分布和压力分布以及相应的水头损失系数.计算结果表明,修改方案流态有明显改善,水头损失系数明显减小.     

重力势能驱动旋流冶金反应器的数值模拟

建立了重力势能驱动的旋流冶金反应器的数学模型,分析了反应器内部的流场和气体体积分数的分布.结果表明,数值模拟结果与物理模型实验结果基本吻合,验证了数学模型和计算过程的可靠性;重力势能驱动冶金反应器具有较好的旋流效果,其中前弯型叶片反应器旋流效果最佳.参数研究表明随着曲率半径的增大,混合管内的气体体积分数有较大幅度的提高,其中曲率半径为150mm的叶片反应器有较大的气泡出现.     

RH精炼过程钢液流动数值模拟和应用

结合某钢厂RH精炼装置,运用数值模拟的方法对脱气时的流场进行了计算,得出了该型号RH装置在该厂操作条件下的流场,并成功解释了操作中遇到的一些现象.利用实践生产中的经验公式与数据对模拟结果进行了验证,结果表明模拟结果可靠.最后利用该模型计算了RH内钢液的湍动能耗散情况以及钢液循环流量与吹Ar量的关系,并给出了最佳吹Ar量的控制范围.     

单节理岩体抗压强度的数值模拟

为研究单节理岩体抗压强度随节理面倾角及围压变化时的变化规律,利用数值模拟软件UDEC对围压一定时不同节理面倾角的岩体进行了抗压强度实验.结果表明:围压一定,随节理面倾角的增大,岩体抗压强度先减小后增大,在倾角介于45°~60°时抗压强度达到最低值,呈典型的"U"形趋势;节理面倾角一定,随着围压的增大岩体抗压强度也随之增大,整体呈线性变化趋势,可拟合为一次函数,与理论导出式一致;随节理面倾角增大岩体抗压强度增大幅度呈先减小后增大趋势,近似于围压一定时岩体抗压强度随节理面倾角变化规律.     

偏心环状管流的数值模拟

在全面调研了国内外关于偏心环状管道层流的研究文献之后,发现几乎都利用经验公式或近似估计式进行水力计算,这与石油工业中的广泛应用不相适应。根据流体力学中N-S方程对层流的描述,再结合力学理论,对偏心环状管流的界面提出严密而科学的界面耦合条件,得到了完整描述偏心环状管流的适定的偏微分方程组,然后通过数值模拟,得到了偏心环状管流的数值解。     

考虑反弹行为的单纤维过滤稳态捕集效率的数值模拟

采用稳态单纤维表面粉尘树枝生长随机模拟,并考虑纤维过滤中气溶胶粒子碰撞反弹行为,讨论稳态下斯托克斯数(St)与哈梅克常数(H)对粒子运动轨迹的影响,计算分析了St与H对稳态单纤维捕集效率的影响.研究结果表明:当H值一定时,考虑反弹的捕集效率与不考虑反弹的捕集效率可以按斯托克斯数临界值St_c为分界点写成分段函数,通常1.0≤St_c≤3.5,在St≤St_c的阶段,考虑反弹的捕集效率与不考虑反弹的捕集效率相等,且与文献研究结果基本吻合;在StSt_c阶段,考虑反弹的捕集效率小于不考虑反弹的捕集效率,需对文献研究结果进行修正,修正结果为文献研究结果乘以反弹系数k,k是St、拦截系数Rp、填充率c及H的函数.     

液体泄漏破碎行为数值模拟

液体泄漏破碎行为研究对核反应堆安全分析具有重要意义,泄漏破碎形成的粒径尺寸分布是影响燃烧速率的重要因素.利用计算流体力学程序FLUENT对液体泄漏破碎进行三维模拟计算,与相关实验结果对比表明:液体流动轨迹、液滴索特尔平均直径(sauter mean diameter,SMD)与实验吻合较好,验证了流体体积法-离散颗粒法(volume of fluid-discrete particle model,VOF-DPM)模型模拟液体泄漏破碎行为的适用性.在此基础上分析了不同工质及不同流速对液体破碎行为的影响.研究表明,在液体喷射速度和管道破口直径相同的情况下,工质表面张力越大,破碎形成液滴尺寸越小;随着液体喷射流速增大,所得粒径平均直径减小;液体破碎粒径沿径向方向分布较为对称,液滴在喷射中心区域粒径较小轴向方向靠近破口处粒径较大.     

试论单出水口蓄水池的三维数值模拟

运用基本控制方程及边界条件,对不规则蓄水池在不同工况下的水流流场进行了三维数值模拟,得出了不同流量下流场中不同点沿水深方向的流速分布,并将数值计算结果与物理模型实验结果作了比较,发现两者比较吻合。实验结果表明：FLUENT软件模拟不规则蓄水池水流流场是基本可行的。     

异形截面单纤维光学特性的数值模拟

建立异形纤维的横截面模型,并提取截面特征参数进行光学特性的模拟计算.理论上分析了圆形、四叶形和三叶形截面之间的一次折射光强比和折射光方向的差异性,总体上一次相对折射光强比Irz大致在0.95～0.96范围内变化,三叶形截面和四叶形截面的折射光与y轴正向夹角βt变化较圆形截面的单调变化更为复杂,呈非单调变化.从几何光学角度分析了三叶形和四叶形对纤维内部折射光和透射光变化的影响,表明四叶形对光路变化的影响更明显.     

单方柱绕流的直接数值模拟

为了揭示柱体绕流的湍流流动机理,采用直接数值模拟方法对雷诺数为1 200的单方柱绕流工况进行研究。首先通过对斯特劳哈尔数、平均流速和表面压强系数等统计量进行对比分析,验证数值方法的可靠性;其次采用本征正交分解方法系统地提取流场中的相干结构,结果表明:对于速度场的模态分解,第一阶模态代表平均速度场的特征;第二、三阶模态提取的是流场中的低频大尺度旋涡特征,第四、第五阶模态提取的是流场中的高频小尺度旋涡特征。最后基于联合概率密度函数分析速度梯度张量第二、第三不变量,发现方柱下游大致可分为两个流动阶段:发展阶段,流场以涡流层结构和耗散作用为主,涡流管结构逐渐生成;成熟阶段,流场中湍流结构伴随着高涡量拟能和高能量耗散率。     

关节软骨力学行为的数值模拟

关节软骨为一由骨胶原和蛋白聚糖固体相和孔隙流体相组成的多孔材料，其可以用基于混合物理论的两相多孔介质模型准确描述。作者采用有限元数值方法分析关节软骨图限压缩蠕变和应力松弛问题，得到软骨组织在蠕变和应力松弛过程中，固体相和流体相的速度、固体相的有效应力以及孔隙压力等随时间的变化规律。所得到的结果可以为人工软骨材料和人工关节的研制提供理论参考，对生物机械工程等领域的研究具有指导意义。     

风琴管空化喷嘴流场数值模拟

 风琴管空化喷嘴是一种常见的空化射流喷嘴,利用喷嘴内部特殊结构形成产生空化效应,从而提高射流的打击效果,因此,研究空化喷嘴内部结构对形成的空化效应影响,有利于提高喷嘴的工作性能。本文利用多相流模型研究风琴管空化喷嘴,在出口压力为2MPa工况下,对不同入口压力下喷嘴的内流场进行了数值计算。结果表明,在正常工作压力8MPa情况下,喷嘴喉道位置出现局部低速区和低压区域,且空化位置出现在喉道截面突变位置。同时,研究了喷嘴喉道长径比和存在圆角情况下内部空化情况,发现增大喷嘴喉道长径比实际相当于增加了低压区域,有利于空化的产生;喷嘴喉道变径区域存在圆角会严重影响空化喷嘴的空化性能,且圆角半径越大,临界空化压力越大。     

水平管湍流吸收过程的数值模拟

对新型吸收方式-水平管内受迫流动吸收过程进行了数学模化,为解决边界上的气液相互作用问题,引入了表面更新速率的概念进行模化,并将模拟结果同实验结果相比较,检验了模拟结果的正确性。     

导流管中液态金属热传输的数值分析

应用有限差分地喷射成形导流管中的液态金属的流场进行模拟，计算液态金属Ｆｅ，Ａｌ，Ｚｎ在不同过程参数条件下所需的最小过热度△Ｔ，得出了最小过热度和材料热物理性质及过程参数之间的半定量关系，计算结果表明，对于最小过热度，导流管的导热能力是最重要的影响因素，在常规使用的过压范围内，增大过压可显著上过热度，导流管的构形设计也是一关键因素，缩小导流管长度直径比Ｌ／Ｄ使△Ｔ减小，且对一坑熔点金属或高导热能力的