倾斜侧吹粉气流在熔池中射流轨迹的研究

根据量定理和卷吸理论，建立了倾侧吹粉气流在熔池中射流轨迹的数学模型，结果表明，射流垂直穿透深度随弗荣或喷嘴向下倾角的增加而增大，但随密度比的增加而减少。     

倾斜侧吹气流在液相中的轨迹

以动量定理为基础,建立了倾斜侧吹射流轴轨迹的数学模型。模型的主要特点是,对于侧吹倾斜射流,推导出无因次射流轴轨迹的微分方程。对于空气向水中喷吹,数值计算表明,本计算轨迹与实测射流的轴线一致。     

倾斜侧吹气液射流在熔池中的轨迹

根据动量定理，推导出倾斜侧吹气液射流轴线在熔池中的无因次轨迹方程，对于空气向水中喷吹，计算射流轴线与实测射流轴线基本一致。     

粉气流水平喷入液体中射流轨迹的研究

根据动量定理和卷吸理论，建立了描述粉气流水平喷入液体中射流轨迹的数学模型。结果表明，射流水平方向穿透深度的计算值与实验值基本一致。     

侧吹气流流动特性实验研究

通过搭建侧吹模型实验装置,对侧吹气流流动特性进行实验研究。利用高速摄影仪记录气体侧吹流动过程,并运用MATLAB图像处理方法对实验所得气流流动特性参数等实现自动批量处理。研究结果表明:气泡脱离频率与修正弗劳德数Fr’呈非线性减小关系,与液体黏度υ呈非线性增加关系;量纲一气体穿透深度H/D随修正弗劳德数Fr’呈非线性增加趋势,而与喷管直径D、液体黏度υ呈非线性减小趋势。     

侧吹金属熔池内的搅动现象

针对浸入式侧吹高碳锰铁快速脱碳技术,研究了侧吹熔池内的三维流动特征.对气体喷吹熔池进行实测,以测量结果为基础,用CFD的方法对熔池中气体射流行为进行三维数值计算研究,在计算中考虑了气液相间的滑移和气泡形成阻力对流体流动的影响.研究结果表明:G.A.Irons等有关熔池浸入式侧吹射流的描述方法用于描述金属熔池的射流行为不恰当,为此,对其进行了修正.研究结果表明,修正后浸入式侧吹能更有效吸收气体流股的冲击能量,减少喷溅,熔池中易于形成有利于体系混合的环流,因而有利于高碳锰脱碳过程的进行.     

氧气侧吹转炉熔池波动现象的实验研究

实验研究发现,氧气侧吹转炉在吹炼过程中熔池里的钢液会沿炉子横向发生频率一定、有规则的持续摆动(见图1)。这种摆动加强了熔池的机械搅拌,有助于改善熔池中的传质和传热条件,加速石灰成渣和促进钢渣乳化,加快熔炼进程。但是,过于强烈的摆动也会加剧钢液和炉渣对炉墙的冲刷,降低炉体寿命。     

潜入侧吹氧气流股在炼钢熔池中的穿透长度的研究

采用理论推导和模拟实验相结合的方法,并应用《回归最优设计理论》进行实验设计,得出了既包含决定性相似准数又包含喷枪倾角的计算潜入侧吹气体流股在液体熔池中的穿透总长度和直段长的公式。     

横向气流中射流轴线的弯曲

本文分析了垂直喷入均匀、定型横向气流的圆截面湍流射流,利用射流截面上无因次速度相似性和中心轴处速度衰减规律,导出了圆截面射流轴线弯曲方程式。本文计算值与实验值比较,结果是令人满意的。     

倾斜射流在井底产生的漫流分布特性研究

应用流体力学基本原理,建立了源-汇叠加的物理模型,用以描述倾斜射流在井底产生的漫流流动,推导出了漫流速度分布的数学模式,并进行了实验验证.从实验中得出了倾斜射流在井底产生的漫流速度分布规律,实验结果与理论分析相吻合,证明了倾斜射流的漫流速度包络线基本上呈椭圆状.倾斜射流不仅会使冲击方向上的漫流速度增大,还会使其厚度增加,因此大大增加了对岩屑的推动力和与钻头切削齿的对流换热能力,强化了该方向上对钻头的清洗和冷却.     

2种浸入式侧吹模式下的熔池搅拌现象

在考虑流股成泡后各分散气泡形阻力的影响以及气液相运动时相间的滑移等条件的基础上,耦合了Sato模型和湍流分散力,建立了欧拉气液两相多流体模型;采用计算流体力学的方法对深侧吹和浅侧吹2种不同浸入式侧吹模式下熔池内两相流动状态和混合特性等进行了计算和比较.研究结果表明:浸入式侧吹能有效吸收气体流股的冲击能量,减少喷溅,熔池中易于形成有利于体系混合的环流;深侧吹比浅侧吹具有更强的搅拌能力和更快的混合速度,相间和相内传质速度更快,可以为高碳锰铁快速脱碳提供更加良好的反应动力学条件.     

同轴旋拧气流中液体射流雾化特性的实验研究

用相位多普勒分析仪对同轴旋拧气流中液体射流雾化特性进行实验研究,测量不同气体射流速度和不同旋拧数下雾化液滴的直径.通过对索特平均直径的对比,分析旋拧气流对射流雾化的影响,并确定临界旋拧数的范围.     

埋入式吹氧炼钢中氧气射流与熔池相互作用的流体动力学研究

本文是从研究气体射流在液态介质中运动的一般规律出发,通过理论和实验研究证明,在目前埋入式吹氧炼钢供氧压力范围内,喷射到钢液中的氧气射流只能形成囊状流,射流不可能分裂成许多细小气泡,形成由气泡组成的逐渐扩展的锥状流。同时,还通过模型实验研究了氧气射流在钢液中的运动形态及其在钢液中的穿透长度。     

均匀平行气流中附壁射流弯曲变形分析

本文提出平行气流中附壁射流弯曲变形的简化计算模型。这个模型除考虑附壁射流弯曲变形外,还计及了低压涡流区的控制压力流量。文中给出一系列适用工程的简捷计算公式,并作了实例计算。     

浸入式倾斜侧吹气体在熔池中的穿透行为

利用摄像法对气体在液态金属中的穿透深度进行了实验研究，在实验基础上，通过量纲分析，分别得出气体无量的水平和垂直穿透深度的经验表达式，结果表明，当修正弗劳德数和喷嘴倾角一定时，随着喷嘴直径的增大，气体水平和垂直穿透深度增大，当喷嘴直径和喷嘴倾角一定时，气体水平和垂直穿透深度均随着修正弗劳德数的增加而增大。     

倾斜螺纹孔射流传热特性的数值研究

为了提高传统圆孔冲击射流的冷却效果,提出采用螺纹孔来代替圆孔,并采用数值模拟方法研究了倾斜状态下螺纹孔旋转冲击射流的复杂流动状态和传热性能,研究的影响因素包括射流倾斜角(α=45°～90°)、冲击距离(H/d=2,4,6)、雷诺数(Re=6 000～24 000)。研究结果表明:倾斜角和冲击距离对射流空间内旋涡的大小、形状和位置有较大的影响;在倾斜状态下,旋转射流冲击冷却效果要优于圆孔射流,但当α=45°时,旋转射流冲击靶面的对流传热效果会明显恶化;当Re=6 000,α=60°,H/d分别为2、4和6时,旋转射流靶面中心努塞尔数Nu比圆孔射流靶面中心Nu分别高139.9%、107.2%、27.3%;当冲击距离相同时,旋转射流靶面平均努塞尔数高于圆孔射流。与圆孔射流相比,Re≤18 000下提高射流Re,旋转射流能显著增强靶面传热能力。     

基于气流轨迹模式的西北地区强冷空气特征研究

冷空气的爆发路径及其变化是气象科学研究和业务预报关注的重点问题.使用1970—2013年NCEP-NCAR再分析资料以及中国基本基准825站地面气温均一化数据集,采用改进后的三维风速轨迹倒推方法,追踪了冬半年(10月至次年4月)入侵中国西北地区的强冷空气路径.结果显示,有西北路径88次,偏西路径143次,奇异路径20次.临近爆发前的环流演变导致西北路径和偏西路径冷气团不同程度增温,削弱了源地差异对冷气团强度的影响.西北路径年频次增加幅度为0.37次/10 a,而偏西路径年频次有所减少.相比之下,西北路径强冷空气易于在我国北方地区、东部地区引发极寒事件.偏西路径强冷空气易于在西北、华北地区造成持续时间较长的冷害.     

顶吹气体射流冲击下熔池中液体流动的数学物理模型

本文将湍流运动方程和k—ε湍流双方程模型结合,提出了顶吹气体射流冲击下熔池中液体流动的数学模型,并采用Spalding等人提出的方法解这一非线性偏微分方程组。同时,还用激光测速方法得到实验测定的流场速度分布。在计算结果及实验数据的基础上,分析、研究了流场的性质和特点。 由于用k—ε湍流模型代替k—ι模型以及在边界条件及计算方法上的一些改进,使数学模型预报的结果比前人的相应结果更符合实际。而且,本文提出的数学模型适用于大气体流量射流冲击下液体流场的计算,这是对前人工作的一个突破。总之,我们的工作可以认为是Szekely和李有章等人相应研究的继续和深入。     

顶吹气体射流冲击下熔池内液体流场的研究

本文对顶吹气体射流冲击下熔池内的液体流扬,将物理模型的试验测定,与数学模型方程的数值求解相配合进行了研究。用激光测速仪测定了模型熔池液流的速度分布。以湍流的运动学和动力学方程、Prandtl—Kolmogorov湍流单方程模型,以及物理模型试验测定提出的边界条件,构成了所研究问题的数学模型。应用Spalding等计算湍流回流的方法,对数学模型数值求解,得到了熔池内液流流函数、速度、涡量、湍动能,湍流旋涡粘性系数等的分布,计算结果与实验测定相当吻合,并可见本文的工作比之前人的有了进一步的改善。