工业规模电渣重熔过程电磁场的数值模拟

建立了考虑集肤效应的工业规模电渣重熔过程电磁场数学模型,利用FLUENT对磁场强度实部和虚部的传输方程进行求解.分析了工频下电渣重熔过程电磁场的分布特征,并研究了电流频率和电极插入深度对电磁场的影响规律.结果表明:电流频率从0.5 Hz增加到60 Hz时,电极表面的电流密度从91 378 A/m~2增大到190 746 A/m~2;增大电流频率使磁场强度分布主要集中在电极和铸锭表面区域,渣金界面的洛伦兹力方向也会发生改变;在同功率条件下,增加电极的插入深度使远离电极端部的渣池区域中焦耳热密度增大,而电极端部附近渣池的焦耳热密度减小.     

带极电渣堆焊熔滴过渡形式及其对熔深的影响

本文对带极电渣堆焊的熔滴过渡形式及其对熔深的影响进行了研究。用X光高速摄影机对带极端部形态进行了观察和分析,用钨铼热电偶对熔池表面和底部温度进行了测定。通过试验和观察表明,在带极电渣堆焊过程中,带极端部呈不均匀熔化,借助于电流集中以跳跃方式熔化并形成熔滴;随着电流增大,熔滴过渡频率增大,熔深也相应增大。因此,可以通过焊接电流的控制以确保堆焊质量。     

电渣重熔过程的数值模拟

以电渣重熔电极、渣池和铸锭为研究对象,建立了电渣重熔体系三维准稳态数学模型.利用商业软件ANSYS得到了电渣重熔过程的电磁场、流场与温度场.计算结果表明,在电极和钢锭内,电流主要集中在外表面,在渣池内主要集中在电极角部;由于电流密度分布不同导致的电磁力和焦耳热及冷却条件共同影响渣池内流场和温度场;随着熔速的增加,熔池深度和两相区最大宽度增加;本工况下,700~800kg/h的熔速将对应一个最短的局部凝固时间.     

电渣重熔过程电磁场和温度场数值模拟

建立了考虑电流集肤效应的三维电渣重熔电磁场和温度场数学模型,并采用电磁场和金属熔池形貌测量方法分别验证了数学模型的准确性,分析了电流频率和渣池厚度对电渣重熔过程电流密度、磁感应强度、电磁力、焦耳热、温度、熔池深度的影响规律.结果表明:随着电流频率增加,电极和钢锭表面电流集肤效应明显,渣池内部电流分布基本不变;电渣重熔系统内最大焦耳热位于平底电极与渣池接触角部,然而高温区位于渣池内部电极下方靠近渣金界面处.当渣池厚度从015m增加到021m,渣池中心轴线上最高温度从1826℃降低到1721℃,金属熔池深度从022m降低到016m.     

熔滴喷射沉积制造中重熔过程的研究

为使熔滴喷射增材制造过程中熔滴颗粒间能够获得较好的融合,分析了熔滴温度和基体温度对颗粒间重熔过程的影响,建立了基于Stefan条件的熔滴融合时界面重熔过程的一维热传导模型;利用有限元方法对模型进行求解,得到了熔滴喷射沉积过程中液固界面的移动规律和最大重熔深度,并以此预测了沉积熔滴间的结合效果.在自行研制的熔滴沉积实验系统中进行了柱状制件沉积实验,结果表明:提高基板温度或熔滴温度可有效增加重熔深度,进而改善熔滴间的结合状态;所建模型可以正确预测颗粒间的结合效果.     

电渣重熔过程渣池磁流体力学行为数值模拟

建立了耦合电渣重熔过程渣池内电磁场、温度场和流场的数学模型,在考虑渣池内电磁力和热浮力对熔渣流动影响的基础上,分析了电渣重熔工艺(电极形貌、插入深度和电流强度)对渣池磁流体力学行为的影响规律.结果表明:当电磁力为主时,渣池内存在逆时针涡流;当热浮力为主时,渣池内存在顺时针涡流.电渣重熔电流5kA,频率50Hz,电极端部为平面时,渣池内同时存在逆时针和顺时针涡流,最大流速为005m/s;当电极端部为锥形时,渣池内部只存在顺时针涡流,最大流速为020m/s..增加电极插入深度和增大电流强度都会增强渣池内逆时针涡流;相反,则增强渣池内顺时针涡流.     

未燃煤粉对攀钢渣滴落性能的影响研究

利用高温熔滴炉模拟高炉软熔带,滴落带,研究了未燃煤粉（ＵＰＣ）对高炉冶炼钒钛磁铁矿过程中钛渣的形成和滴落过程的影响。研究表明随着料层中ＵＰＣ量的增加,含钛炉渣滴落量增加,对于普通炉渣得到相反的结论。     

实验室规模和工业规模电渣重熔过程中电磁行为

电渣重熔过程中电磁现象对重熔过程和铸锭的最终质量有着直接的影响。利用数值模拟的方法研究电渣重熔过程中的电磁行为(电流密度、磁场强度、电磁力和焦耳热)。利用文献实测磁场强度验证模型,模拟结果与测量的电渣重熔渣池内的磁场强度吻合良好。研究结果表明:在工业规模电渣重熔过程中,电流的集肤效应更为明显;随着电流频率的增加,靠近电极外表面的电流密度增加;在此基础上,进一步分析实验室规模电渣重熔和工业规模电渣重熔过程的电流密度、磁场强度、电磁力和焦耳热的分布特征。     

电渣重熔过程钢中氧含量预测及控制

为降低电渣钢锭中的总w_○O,建立了预测界面传质速率的同步反应热-动力学模型,对电渣重熔过程的氧传递行为与电磁-流动-传热-传质进行耦合分析,并提出钢液中w_○O的控制方法.结果表明,随重熔过程的进行,熔渣中w_○FeO和钢液中w_○O均升高,呈现重熔前期“脱氧”、后期“增氧”的现象,渣池-电极端部和渣池-金属熔滴界面是w_○O升高的主要位置.当电流为1200~1800A时,熔炼相同长度电极时的钢液中w_○O从82.4×10^-6降低到70.6×10^-6;采用惰性气体保护,使钢液中w_○O从78.7×10^-6降低到15.3×10^-6;使用70% CaF₂+30% Al₂O₃渣系控制钢液中w_○O的效果最佳,低w_○Al2O3的渣系有利于降低钢液中w_○O.     

电极插入深度对电渣重熔过程影响的数模研究

以电渣重熔系统电极、渣池和钢锭为研究对象,利用有限元分析软件求得稳定电渣重熔过程电磁场和焦耳热场分布,并通过计算流体动力学软件模拟分析了耦合电磁场和焦耳热场的三维电渣重熔过程在不同电极插入深度下温度场、速度场和电磁场的变化.结果表明:当电极插入深度为15 mm时,渣池两侧的逆时针方向旋转涡流之间出现一个顺时针方向旋转涡流,其尺寸随着电极插入深度的增加而增加;电极插入深度每增加15 mm,湍流动能的降幅约为21%,而最大温度值的降幅约为1%.     

油滴与深油膜正碰撞的动力学分析

为揭示航空发动机轴承腔中润滑油滴与壁面油膜的碰撞特性,采用VOF方法建立了油滴与深油膜正碰撞的三维数值分析模型.通过数值计算,分析了油滴与深油膜正碰撞后溅射油膜与空腔的形貌演化与流动铺展过程,以及二次油滴的初始特性;探讨了油滴直径和碰撞速度对碰撞结果的影响.结果表明:碰撞形成的溅射油膜以油滴接触点为中心向外铺展,最终发展为冠状油膜,其间伴随有大量尺寸各异的二次油滴产生;油膜内部形成的空腔近似空间半球形状,二次油滴的直径呈对数正态分布;随着油滴直径和碰撞速度的增大,油冠高度、空腔深度和直径均增大;二次油滴直径分布区间随着油滴直径的增大和碰撞速度的减小而更加分散.与相关试验结果进行对比,验证了提出的数值分析模型的正确性与可靠性.     

基于格子玻尔兹曼方法的双液滴撞击壁面液膜的热特性演化过程

为了研究并排双液滴撞击覆有液膜的高温壁面过程中壁面热流密度分布特征,基于水热耦合双分布函数格子玻尔兹曼伪势模型,探究了液滴间距、撞击速度和液相黏滞系数在不同时刻对壁面瞬时热流密度分布的影响。结果表明：低温液滴的扩散与下潜导致撞击区和中心射流区的壁面与液膜之间的温度梯度上升,引起撞击区和中心射流区壁面热流密度骤增。撞击区传热形式以对流传热为主,静态区受液冠处速度不连续性影响,其传热形式以扩散传热为主。双液滴撞击速度增大导致液滴下潜和扩展程度加深,液膜内部对流传热增强。双液滴间距增加引起双液滴内侧液冠在液膜内扩展空间增大,造成瞬时壁面高热流密度区域面积增加,利于散热。此外,更大的液相黏滞系数增大了液滴撞击液膜过程中的黏滞耗散,降低低温液滴的下潜程度和撞击区的液膜流场对流强度,导致壁面热流密度峰值减小。     

气液喷射器中不同粒径分布函数下液滴轨迹数值模拟

采用数值模拟的方法研究气液喷射器内液滴的运动轨迹,液相流场采用离散相模型。研究粒径和液滴速度对液滴运动轨迹的影响,探索了单一液滴和不同Rosin—Rammler分布函数下液滴的运动轨迹。结果表明,气相旋转气流并没有对液滴的轨迹造成太大的影响,液滴仍是以接近直线的形式向前运动;离散相液滴最终的速度主要取决于气相速度,与液滴粒径大小、粒径分布和初速度无关;液滴的运动轨迹随着Rosin—Rammler分布中均匀性系数的增加,液滴速度的增大和平均粒径的减小而发生改变,造成离散相液滴喷出趋向于集中和液滴相对远离壁面。     

短路过渡熔滴上的动态力平衡及其稳定性分析

通过分析短路过渡燃弧期液态熔滴上所受表面张力、电磁力、重力的轴向分力变化,从理论上研究短路过渡过程中燃弧期液态熔滴所受力的动态平衡问题,并进一步讨论其对短路过渡稳定性的影响.结果表明:在熔滴增大过程中,熔滴所受轴向合力的支撑作用由大变小,而脱离作用不断增加;随着弧根的上移支撑作用减小,脱离作用加剧;随着燃弧期焊接电流减小,液态熔滴所受电磁力的轴向支撑作用削弱.     

初始液滴尺寸分布对超高压喷雾大涡模拟的影响

分别在100、200 MPa常规喷油压力和300 MPa超高压喷油压力条件下,研究了不同初始液滴尺寸分布对柴油喷雾结构的预测性能.基于OpenFOAM开源平台比较了欧拉-拉格朗日喷雾仿真中常用于计算初始液滴尺寸分布的两种方法——Blob和Rosin-Rammler.结果表明:在300 MPa超高喷油压力下,Blob方法...     

关于胶液在刨花上分布情况的研究

<正>在刨花板生产中,施胶效果的好坏直接影响着刨花板的各项物理力学性能,同时也关系到生产成本和经济效益;而施胶质量又和胶液在刨花上的分布密切相关。因此,对胶液的雾化情况和在刨花上的分布情况的研究就显得十分重要。     

过冷大水滴粒径分布的欧拉-拉格朗日混合抽样算法及对冰型影响

过冷大水滴（supercooled large droplet,SLD）云雾环境不同于常规粒径范围的过冷水滴,具有更大的粒径范围和复杂的水滴粒径分布形式,使得结冰的冰型异常复杂,从而给飞行器的飞行安全带来了前所未有的挑战。现有结冰数值模拟方法仅能模拟单一粒径的水滴,无法准确模拟真实SLD云雾环境“双峰分布”的粒径分布特性和相应的冰型。为了准确高效模拟SLD这种粒径分布特性,本文提出了一种基于Rosin-Rammler 分布函数进行欧拉-拉格朗日混合抽样的水滴轨迹模拟算法。通过该方法收集水滴,再利用结冰模型与水膜模型计算表面溢流传热和冰高,从而实现了准确高效的SLD粒径分布的结冰数值模拟,并通过2.5维算例研究了SLD粒径分布对机翼结冰的冰型特征以及冰型空间随机性的影响。结果表明SLD的粒径分布对冰型有较大的影响,冰型特征和冰型随机性与MVD和粒径分布方差紧密关联。     

撞击液滴形成的液膜边缘特性

以旋风分离器内液滴撞击筒壁为研究背景,探讨了撞击形成的液膜边缘特性,考察了韦伯数(We)、撞击速度、初始液滴直径对液膜边缘形成的指形液滴和卫星液滴的影响.结果发现:不同We数下,最大液膜直径形成的指形液滴体积分布集中在0.2～0.6,近似于高斯分布;随着We数的增加,大体积卫星液滴出现的几率也随之增大;且卫星液滴的体积随着初始液滴直径和初始撞击速度的增大而增大;另外,在同一铺展过程中,边缘液滴、指形液滴和卫星液滴三者的数量呈依次递减的关系.     

基于SPH方法连续液滴撞击固壁面模拟

 为了研究连续液滴对固壁面的撞击影响, 引入一种纯Lagrange、无网格计算方法, 即光滑粒子流体动力学方法(SPH)。对连续液滴撞击固壁面的扩散、回弹及飞溅进行了数值模拟并与实验测试进行比对。结果表明:连续液滴撞击固壁面时, 液滴的自由表面变化具有许多不确定性, 其中次生液滴的产生和韦伯数的作用是影响液滴撞击扩散的主因。次生液滴的出现使得液滴扩散及飞溅变得更为明显, 韦伯数越大, 连续液滴的无量纲直径变化越快。模拟效果真实反映了液滴撞击过程, 可为类似撞击问题的仿真分析提供借鉴。     

超声波影响初始霜晶生长的微观可视化研究

试验研究了超声波对平板表面结霜初始阶段霜晶生长的影响.对自然对流条件下施加20kHz频率的超声波和未施加超声波两种作用机制下平板表面结霜初始阶段冻结水珠的形态、分布以及水珠冻结后水珠表面霜晶的生长进行了微观可视化研究.对有无超声波作用的不同冷表面温度下水珠冻结粒径的大小以及水珠分布的疏密进行了对比分析.同时对有无超声波作用下水珠冻结后水珠表面霜晶的生长进行了对比观测.试验结果显示:施加超声波作用后,冻结水珠粒径显著减小,形态相对规整且接近圆形;分布相对规则且明显稀疏;水珠冻结后其表面霜晶几乎不生长.结果表明:超声波对结霜初期冻结水珠的形成以及水珠冻结后水珠表面霜晶的生长具有显著的抑制作用.