底吹中间包内钢液及夹杂物运动特性的数模研究

根据某厂实际中间包的操作工艺参数，采用欧拉两流体模型和拉格郎日随机轨道模型，模拟计算采用湍流控制器和气幕挡墙技术的中间包内的钢液流动特性及钢水中夹杂物的运动行为，研究结果表明，中间包底部吹气过程可以有效地改善钢液的流动状态，消除短路流，起到中间包档墙的作用，并且增大夹杂物在中间包内上浮排出率，大大提高了钢水的清洁度．     

双辊薄带连铸熔池内钢液流动的混合行为

采用数值模拟的方法研究了双辊薄带连铸熔池内钢液的传输行为,分析了采用V形布流系统时熔池内钢液的流动状态和混合特性.计算了熔池自由表面处的湍流动能大小和流体停留时间分布.结果表明,钢液在熔池内均匀分布,有利于薄带坯的均匀凝固.侧封板处钢液更新速度加快,液面波动加强,有利于防止液面结壳.     

五流大方坯中间包流场优化

针对某钢厂五流大方坯中间包3流铸坯探伤不合格率较高的问题,采用数值模拟方法,研究不同结构中间包钢液的流场.结果表明,该钢厂现使用的中间包结构不合理,近流有短路流出现,且各流差异较大,不利于去除钢液中的夹杂物和提高各流间钢液的均匀性;采用大冲击区,挡墙中墙不开孔、侧墙开4个孔,设置2个坝的中间包结构最佳;中间包结构优化后,消除了近流的短路流,中间包钢液平均停留时间达652.9 s,各流示踪剂浓度的标准差仅为0.011 9,死区体积分数也仅为21.96%,既有利于夹杂物上浮去除,也保证了各流间钢液的均匀性.     

中间包内钢液经石灰过滤器后的清洁度

通过工业试验研究了中间包内安装石灰过滤器后钢液中夹杂物的行为，工业试验表明，采用石灰过滤器后，钢中夹杂物平均降低２０％，在此基础上建立了中间包安装过滤器后网中夹杂物的去除模型，模型计算结果与试验值基本符合。     

300t精炼钢包透气砖应用的数学物理模拟

针对300 t精炼钢包,在LF设备电极位置与钢包透气砖所在位置的对应关系确定的基础上,通过水模、数模分别采用单吹、复吹时钢包内钢水流动特性和夹杂物去除的对比研究,探讨了透气砖结构性能的影响作用.结果表明,单吹时应使用抗渗透较好且能形成有利于夹杂物去除的气泡形态狭缝式透气砖(PB1),吹气卷渣临界气量为1.45 m3/h,气量需稳定,混匀时间为82.44 s,钢液渗透小,夹杂物去除率为62.86%,能够满足搅拌钢液起到成分和温度的快速均匀以及净化钢液的作用.     

中间包钢液流动行为的数值模拟及控流装置优化

针对某钢厂四流大方坯连铸过程中铸坯夹杂物含量较高、各流流动状态不一致等问题,本文提出了关于中间包内控流装置(坝高和导流孔结构)的改进方案,采用数值模拟方法对比研究了不同方案下中间包钢液的流场及停留时间分布(RTD)等特征。结果表明,与原型中间包相比,适当增加坝高及下层导流孔的上倾角度,有利于改善中间包钢液的流动特性,各流之间的均匀性明显提高,钢液在中间包内的停留时间有所延长,死区体积分数下降,有效减弱了中间包短路流,中间包冶金功能得到改善;控流装置最佳参数为:坝高300 mm,上层和下层导流孔角度分别为20°和45°,此时对应的钢液在中间包内的平均停留时间为210 s,死区体积分数仅为13.2%。     

气幕挡墙技术优化多流中间包数模研究

采用数学模拟方法,依据某无缝钢厂实际六流中间包操作工艺参数,应用欧拉两流体模型、多孔介质模型、欧拉-拉格朗日随机轨道模型及Monte-Carlo法,引入气泡吸附模型,研究了气幕挡墙技术对中间包内钢液流动特性及夹杂物去除率的影响.结果表明,采用气幕挡墙技术,对于改善钢液流动状态、均衡各出口停留时间、延长钢液平均停留时间、降低死区体积、提高夹杂物去除率和实现多流超纯净钢冶炼效果显著.     

连铸中间包内夹杂物去除行为的物理模拟

通过选择乳状液滴模拟夹杂物和连铸中间包物理模型实验,考察了换钢包过程中,中间包初始液面高度、长水口注入流量及控流装置对中间包内夹杂物去除行为的影响规律.结果表明:中间包初始液面高度从工作液面的1/4到3/4过程中夹杂物去除率提高较快,3/4工作液面为较理想的换钢包操作液面;夹杂物的去除率随长水口注入流量的增加而增大,注入流量超过2.5m3h-1时,夹杂物去除效果明显改善;挡墙挡坝组合控流装置的去夹杂效果较无控流装置有明显改善,在此基础上加入抑湍器后,去夹杂效果明显改善.     

单流中间包挡墙对夹杂物去除速率的影响

优化中间包结构去除钢液夹杂物是一项重要工作。本文建立某厂单流中间包的夹杂物去除的数学模型,计算不同挡墙高度及入口、出口位置对中间包内夹杂物去除的影响。结论表明:夹杂物去除速率最高时,下挡墙高为318 mm,上挡墙距钢包底部距离为532 mm,上下挡墙距离为600 mm,上挡墙距钢包入口距离为800 mm。     

连铸中间包内部结构优化的数理模拟及冶金效果

通过中间包水模型实验和数值模拟对4流中间包两种控流装置下包内流场进行了模拟研究.结果表明:原中间包内由于形成了短路流使得钢液在中部水口的停留时间短,与边部水口的停留时间相差大.改进型中间包能均匀钢液在不同水口的停留时间,减小中间包的死区比例,提高夹杂物的去除率.工业实验表明与原中间包相比,使用改进型中间包铸坯中的大型夹杂物含量和显微夹杂物数量分别降低44.9%和2.7%.     

密度分层流中的浮射流模拟

以垂向密度变化的环境流体为背景,采用k ε紊流模型,建立了垂向二维浮射流的数值模型.模型的求解采用有限体积法和SIMPLE算法.针对密度分层流中的浮射流实验,对垂向密度呈线性变化的垂直浮力射流进行了数值模拟,得到射流的密度场、射流轨迹、稀释度和射流宽度等的分布规律.通过数值模拟和实验结果的对比分析表明,两者吻合较好,所建立的垂向二维浮射流紊流模型能够比较精确的模拟分层环境中浮射流的水流状况和射流进入环境流体的混合状况.     

轴向流吸附器内部流场特性

以轴向流吸附器内部流场为研究对象,采用CFD软件对其内部气体流动特性进行数值模拟.比较轴向流吸附器内无气体分布器、仅加装单一多孔板气体分布器、加装多孔板气体分布器与单级挡板相结合等3种方式对吸附器内部流场均匀分布的影响.未加装气体分布器的轴向流吸附器内部气流分布严重不均;仅加装单一多孔板气体分布器的轴向流吸附器内部流场的气体流动稍有改善,但气流分布仍不均匀;加装多孔板气体分布器与单级挡板相结合的方式,吸附器内部流场的气体流动得到明显改善.多孔板气体分布器与单级挡板组合使用时,保持气体分布器开孔率不变,开孔孔径为0.003 m时气流分布最为均匀,效果最好;保持开孔孔径不变,气体分布器的开孔率为0.388时气流分布最为均匀.     

物质流、能量流与信息流协同的探讨及应用

根据反映生产设备与环节特性的数学模型及能量与生产管理信息系统，对物质流、能量流与信息流的协同进行了探讨，并针对一个一般的工业企业建立了其数学模型。通过实际系统与仿真系统结合形成闭环的信息结构，在每个时间周期根据该时刻的信息流（已知的与预测的）对物质流、能量流进行最优协调，该方法能有助于企业合理使用能量与最优安排生产。     

大系统中物质流、能量流与信息流的基本特征

把大系统中物质、能量和信息的流动综合起来考虑,引入势和阻的概念来分析大系统中物质流、能量流和信息流在流动过程中的基本特征,并从协同学和熵的角度给出了物质流、能量流和信息流子系统的协同结构,使各个子系统相互协调、配合、制约、促进,从而形成3个子系统在时间尺度和空间尺度上的有序结构,最终使得由其组成的大系统达到全局最优,对大系统的综合优化、节能减排、降低物流成本、提高用能效率有指导意义.     

油水气三相流的流型及泡状流向弹状流的转变

油水气多相混输是海上油气田开发中赖以取得重大经济效益的技术,其流动特性的准确计算是管线设计及安全、经济运行的重要依据.首先,通过实验确定出了油水两相混合物由油包水(W/O)向水包油型(O/W)的转变发生在含水率约为0.45时.垂直下降管内油水气三相流的流型基本上可以划分为油包水和水包油型的泡状流、弹状流及环状流.通过对垂直下降管内气泡碰撞、合并机理的分析建立了油水气三相流动过程中泡状流与弹状流间的转变界限的计算式,该转变发生的临界截面含气率约为0.35,计算结果与实验值的平均误差为11%.泡状流向弹状流的转变主要取决于折算气速和折算液速的大小,含水率对转变界限的影响较弱.     

流场数值计算的等效势流法

在流场的数值计算中,根据势流理论,引入平均水力损失,提出了一个整个流场有旋而局部流场有势的等级势流的概念,不仅在理论上进行了分析和推导,还对某一溢流流场进行了数值计算,并与实验测试的结果进行了比较,从而给出了一个计算简便、计算结果与实际情况更加吻合的流场数值计算方法。     

Two-phase flow patterns for flow condensation in small-diameter tubes

Two-phase flow patterns have been observed visually to investigate the effects of tube diameter, mass flux and tube inclination on flow condensation in small-diameter tubes. For horizontal or inclined small-diameter tubes, gravity-domination is decreased by shear stress and surface tension on phase change interface, which weakens the stratification of condensate and vapor flow due to the action of gravity perpendicular to flow direction. As decreasing the tube diameter from 5. 79 mm to 2.18 mm. the annular or sub-annular flows become prevailing in flow regime map. The existing flow regime maps for macro scale cannot predict the experimental data in the present study.     

分隔板结构对挤出流动影响的数值分析

采用有限元数值分析方法,分析了分隔板结构对挤出流动平衡性的影响,指出其调节流动均匀性的效果是非常明显的,对于型材截面上相邻区域壁厚相差悬殊的情况,采用分隔板结构是减小横向流动、提高挤出流动均匀性的最有效措施之一.针对分隔板有限元建模困难问题,提出了用边界约束条件替代模具结构几何特征的方法,其分析结果和采用真实分隔板结构时的分析结果基本一致,说明所采用的处理方法是合理的、有效的,能够大大降低有限元建模的困难性,提高分析效率和速度.     

空中交通短期流量管理的动态网络流模型

针对优化调度空中交通短期流量的迫切需求,研究空中交通管制区的网络结构和确定容量条件下空中交通流的动态行为,给出了空中交通短期流量管理的多品种动态网络流模型的数学描述(ST-TFMP);并就管制区内现有飞机的疏散问题对原模型进行了改进.利用北京管制区某日高峰飞行时段的到达流量实际数据,在不同场景下对模型进行了仿真验证,结果表明空中交通短期流量管理的动态网络流模型有着较好的计算性能.     

两相流振荡流动特性的可视化实验研究

为了解决活塞内冷油腔中气液两相流的振荡传热问题,设计并搭建了由柴油机改装的往复振荡实验装置,利用高速摄像技术对内冷油腔实验件中气液两相流的振荡流动过程进行了可视化观测实验,分析在不同转速和液体填充率下实验件中气液两相流在起振阶段和充分振荡阶段的振荡流动形态。结果表明：在起振阶段,气液两相的分界面明显,没有强烈的湍流混合运动,在充分振荡阶段,液体的运动规律及流动形态呈周期性变化;转速主要影响气液两相流的湍流强度,填充率主要影响气液两相流的流动形态。研究结果揭示了内冷油腔中气液两相流的振荡流动规律,可为高强化活塞的结构优化设计提供参考。