连铸中间包钢液中凝聚态氧化铝夹杂物运动行为的数值模拟

在Euler-Lagrange框架下,基于应用分形理论对凝聚态Al2O3夹杂物形貌结构进行定量分析的基础上,数值模拟研究了连铸中间包钢液中不同形貌凝聚态Al2O3夹杂物的运动行为.研究发现中间包钢液流场和夹杂物形貌尺寸共同影响夹杂物在钢液中的运动行为.随着尺寸的变大,簇群状和致密球形两种形貌Al2O3夹杂物上浮去除率都逐渐增加.在相同尺寸下,簇群状Al2O3夹杂物上浮去除率比致密球形Al2O3夹杂物低;随着尺寸的增加,簇群状Al2O3夹杂物上浮去除率相比于同尺寸致密球形Al2O3夹杂物降低得就越多.计算结果显示,与同尺寸的致密球形Al2O3夹杂物相比,直径为20、40、60和80μm的簇群状Al2O3夹杂物上浮去除率分别降低了4.8%、5.7%、6.4%和12.5%.     

钢液内气泡尾涡去除夹杂物的物理模拟

采用物理模拟方法,基于莫顿数相等及夹杂物运动行为相似准则,采用聚乙烯粒子模拟钢液中夹杂物,并采用高速摄像技术记录气泡及夹杂物颗粒的运动行为,分析了气泡尾涡对夹杂物去除的影响机理.实验结果表明:在气泡尾涡作用下,夹杂物运动轨迹表现为两种方式:一是夹杂物从气泡下端两侧向气泡尾涡靠近,随气泡上浮一段距离后上升速度变快,然后脱离气泡尾涡区;二是位于气泡上方的夹杂物,在不与气泡发生碰撞黏附的条件下,以回旋方式运动至气泡下方,然后在尾涡区内随气泡上浮,从而沿竖直方向以回旋方式上升.在相同上浮距离条件下,与小气泡相比,大气泡的尾涡去除夹杂物颗粒的效果更好.     

Gupta团簇的2次融化过程及其与结构变化的关系

利用微正则经典分子动力学方法,对具有Gupta势的13粒子团簇的融化过程进行了研究.发现在Gupta势的势参量p和q取值合适的情况下,13粒子团簇的融化过程具有2步融化现象.进一步利用原子等价系数σi(t)的研究还发现,团簇的第1步融化仅涉及表面粒子的异构化过程,而第2步融化中的异构化过程则涉及团簇中所有粒子.     

14粒子Gupta团簇的3次融化现象

利用徽正则经典分子动力学方法,对具有Gupta势的14粒子团簇的融化过程进行了研究.发现在Gupta势的势参量p和q取值合适的情况下,14粒子团簇的融化表现出了一种新的特性,即团簇的3次融化过程.利用原子等价系数σi(t)对这种过程中的团簇结构变化特征进行了研究.     

基于改进SPH方法的圆柱绕流尾迹特性研究

针对传统光滑粒子动力学(SPH)计算成本过高问题,运用自适应粒子细化技术将精细空间分辨率集中在局部区域,通过优化缓冲区域粒子参数的查找方法、修正缓冲区域边界粒子的核梯度等方法提出了一种改进的SPH方法.采用该方法对不同雷诺数下的圆柱绕流进行数值模拟,系统分析了圆柱尾流流态和水动力系数并与试验值进行了对比.计算所得的水动力系数与实验数据较为相符,且模拟出来的圆柱尾流能够清晰捕捉到实验中观测的现象.结果表明:改进的SPH方法算法有效可靠,适用于绕流场尾迹特性研究,对钻井平台张力腿和海洋立管等工程领域的研究具有一定的参考价值.     

应用DLA模型模拟钢中夹杂物集团凝聚

为探索钢水中大量粒子的凝聚过程,应用分形理论的DLA模型,对粒子集团凝聚行为进行了模拟研究. 结果表明,模拟得到的凝聚体与钢中簇状类型夹杂物的形状相似. 根据分形理论可以认为它们的凝聚过程遵守同一规则. 大量粒子凝聚时先是各自凝聚成小集团,然后再合并成大集团. 形成相等尺寸的粒子集团所需时间不同,初始条件相同形成的粒子集团形状不同. 粒子凝聚速度随其移动步长和粒子浓度增大而加快,夹杂物粒子平均移动步长主要受钢水粘度和粒子尺寸影响. 粒子集团大小分布随凝聚时间和粒子平均移动步长而变化.     

铝、镁脱氧钢中夹杂物的动态演变规律

本研究制备了不同氧、硫含量的实验钢,采用SEM-EDX和CSLM探讨了钢中夹杂物类型及高温演变规律.结果表明,脱氧生成的MgO大多为球形,而MgO·Al2O3呈现不规则形状.单独铝脱氧钢中Al2O3夹杂物通过移动、碰撞、聚合的方式形成大型簇团.铝镁复合脱氧钢中夹杂物形貌和动态演变随着［Al］,［Mg］和［S］含量的变化呈现出不同的现象.当［Mg］,［Al］含量满足MgO生成条件时,夹杂物无明显聚合现象,呈弥散分布的特征;当［Mg］,［Al］含量位于MgO·Al2O3生成区域时,未观察到团簇状夹杂物出现,但夹杂物粒径较MgO大;当夹杂物成分同时满足MgO和MgS生成条件时,夹杂物聚合趋势明显,推测是硫化物的形成促进了夹杂物的聚合现象.     

(HgTe)_n(n=2～8)团簇的基态结构和电子性质

采用密度泛函理论计算,研究了(HgTe)n(n=2～8)团簇基态结构、结合能、能隙、垂直亲和势和二阶能量差分等性质。在广义梯度近似下,对(HgTe)n各种可能的几何结构进行了优化,预测了各团簇的最稳定结构,并对其电子性质进行了计算。研究结果表明:当n=2、n=3时,团簇的最低能量构型是平面结构;当n≥4时,团簇的最低能量结构是三维结构,并且可以看成是由(HgTe)2和(HgTe)3单元组成。(HgTe)n团簇的能隙、垂直亲和势和二阶能量差分表明:(HgTe)3和(HgTe)6是团簇的稳定结构,即n=3和n=6是团簇的幻数。     

四粒子团簇态的量子隐形传态

该文以4个二粒子最大纠缠态作为量子信道,研究了Alice将一个未知的四粒子团簇态(clusterstate)传送到远距离的接收者Bob的隐形传态过程.由于四粒子团簇态的特殊性质,接收者Bob只须施行64种可能的局部酉变换便能接收到Alice传送的未知态,从而实现了四粒子团簇态的量子隐形传态.     

平面的BC_nN(n=1～5)团簇的结构和稳定性

在CCSD(T)/6-311+G(d)∥B3LYP/6-311+G(d)理论水平上系统研究了平面BCnN(n=1～5)团簇的几何结构和稳定性。BCnN(n=1～5)团簇的最低能量结构是线形结构。在BCnN(n=1～5)团簇的较低能量结构中,线形结构比环状结构以及含有支链的环状结构在能量上更有利。BCnN(n=1～5)团簇的最低能量结构的平均成键能、成键能增量、垂直电离能和垂直亲和能的研究结果显示,异构体BCN、BC3B和BC5N比它们相邻的团簇更稳定。     

钢液中气泡和夹杂物的去除

熔池中钢液的流动、气泡以及夹杂物的大小都影响着钢液中夹杂物的去除率.研究表明,向上流动的钢液有利于夹杂物的上浮,几乎所有的夹杂物都能在钢液上升流中上浮.向下流动的钢液对夹杂物和气泡的上浮有阻碍作用,当气泡的直径小于1mm时其在钢液中将无法上浮.在钢包精炼吹氩过程中,应使用较小的吹氩量,一方面避免产生过大的气泡而降低底吹气体的利用效率,另一方面减小熔池内的钢液流速,促进气泡和夹杂物的上浮.但吹氩量也不宜过小,必须使气泡保持一定的尺寸来保证其充分上浮.在钢包精炼过程中选择吹氩量时,应综合考虑钢液流速和气泡大小的影响.     

超声波对流动液体中夹杂物去除效果的实验研究

针对利用超声波去除流动液体中夹杂物的效果进行了实验研究·分别以高密度聚乙烯和普通水、高密度聚乙烯和脱气软化水的超声分离作为研究体系,探索了超声波输入电功率、液体流量对夹杂物总去除率、上浮去除率以及粘附去除率的影响·实验结果表明,超声波对不同含气量液体中夹杂物去除均有明显的效果,但是机理不同,尚需进一步研究·     

粗砂水流态化状态颗粒悬浮额外阻力研究

颗粒受力是粗颗粒管道运输的重要研究内容,而颗粒流态化受力研究是一种简化的研究方法。为了研究流态化条件下上升水流中粗砂颗粒所受阻力,采用了试验方法,研究粒径颗粒分别为0.5 mm、1.2 mm、2 mm、3.3 mm和4.5mm的粗砂在垂直水流中的流动阻力。实验数据的计算结果表明,粗砂颗粒还受到额外阻力作用。由此提出了采用干涉力前添加额外阻力系数来描述该额外阻力的研究方法,并在研究了该阻力系数的影响因素基础上,通过实验数据拟合,给出了阻力系数的表达式。最后研究了额外阻力随水流上升平均速度和颗粒粒径的变化关系。     

感应加热中间包夹杂物的运动及去除

针对某钢厂双通道式感应加热中间包,建立了三维非稳态数学模型来研究感应加热中间包内夹杂物的运动行为和去除率.从力平衡原理出发,采用欧拉-拉格朗日方法分析了感应加热中间包内夹杂物的运动行为.建立了感应加热情况下夹杂物碰撞长大的数学模型,考察了夹杂物碰撞长大对其去除率的影响.结果表明,钢液流过通道受到紧箍作用,夹杂物会受电磁压力作用而向通道壁面运动,有利于夹杂物的去除;碰撞长大能够显著提高小粒径夹杂物的去除率;感应加热有助于夹杂物的去除,尤其是小粒径夹杂物.     

水平筋形式对水平-竖向加筋砂土强度的影响

选用有机玻璃作为加筋材料,针对不同的水平筋形式（带孔、满布）、竖筋高度以及不同围压下的水平-竖向(horizontal-vertical,H-V)加筋砂土,进行100多组平面应变试验.研究不同的水平筋形式对H-V加筋砂土强度的影响,同时验证竖筋高度和围压对强度的影响.试验结果表明,水平筋带孔时,H-V加筋砂土的强度优于满布情况下的强度.这主要是因为孔洞能够将轴向荷载传递给下部土体,使竖筋不会过早破坏,孔洞自身也形成了一种格室效应,增强了土体的强度.同时,孔洞的大小对加筋土体强度也有一定的影响,验证了竖筋高度存在最优值.     

球形非金属夹杂物与焊缝金属的断裂

对四种不同强度级别的焊缝金属的廷性断口和脆性断口上的夹杂物进行了系统的观察与分析,探讨了球形非金属夹杂物对焊缝金属断裂性能的影响。焊缝金属的延性断裂性能与所含夹杂物的数量存在直接的关系,而焊缝金属的解理断裂中有相当大的一部分由尺寸相对较大的,与基体结合强度较高的Ti型夹杂物所引发。     

非规则颗粒与滚筒球磨机相互作用的离散元–有限元耦合分析

非规则颗粒形态显著影响球磨机中颗粒材料的运动行为，同时对球磨机结构产生不同的力学响应。采用超二次曲面方程描述非规则颗粒材料，并发展了离散元（discrete element method,DEM）–有限元（finite element method, FEM）耦合算法以分析非规则颗粒材料与滚筒球磨机间的相互作用。在该算法中，滚筒球磨机被划分为一系列四边形单元，并且超二次曲面颗粒与球磨机间的接触判断可转化为超二次曲面颗粒与四边形单元间的接触判断。将计算得到的碰撞力向节点插值，该节点力作为载荷条件在有限元中进行隐式动力学求解，并通过求解颗粒运动方程和有限元动力方程实现颗粒运动更新和结构力学响应分析。进一步分析了滚筒球磨机中球体、圆柱体和立方体颗粒材料的运动行为以及滚筒球磨机的变形及应力分布规律。研究结果表明：颗粒形状显著影响球磨机研磨效果和球磨机结构位移；立方体颗粒具有最好的研磨效果，而圆柱体颗粒比球体颗粒具有更好的研磨效果；在结构位移上，立方体颗粒有最大的峰值位移，其次是圆柱体和球体颗粒；相比于规则的球体颗粒，超二次曲面颗粒有不规则的表面形状，这会导致更好的研磨效果和更大的结构位移。     

铝熔体中非金属夹杂物电磁分离效率研究

分析比较了电磁分离非金属夹杂物的几种不同方法。推导了不同类型电磁场，如直流电场与稳恒磁场正交、交变磁场、交变电场等作用下夹杂物的去除速度和去除效率计算公式，并同重力沉积速度进行了对比。对圆管半径、电磁场频率等参数对去除效率的影响作了分析阐述。发现夹杂物的去除效率随着电流及其作用时间的增加而增加，但随管径增加而显著降低。就小尺寸夹杂物的分离而言，交变磁场法相对较好，因为其去除效率对颗粒尺寸的依赖性较小。     

利用超重力分离铝熔体中的夹杂颗粒

利用Al-17％Si-4.5％Cu熔体中密度较小的初生硅颗粒模拟金属熔体内部的夹杂物,并采用超重力场分离熔体中的夹杂颗粒,研究了不同重力系数条件下,金属熔体中夹杂物的分离规律.实验结果表明:经过超重力处理后,初生硅颗粒在试样上部区域发生明显的偏聚现象,试样内部出现无初生硅颗粒区域,且随着重力系数的增加,无初生硅颗粒的区域面积逐渐增大,说明重力系数越大,硅颗粒在试样上部区域的聚集程度越好.随着重力系数的增大,试样的净化效率逐渐升高,当重力系数(G)为500时,试样的净化率达到了84.98％.利用DPM离散相模型对超重力场下熔体内部硅颗粒的具体受力情况进行分析,并模拟研究铝熔体内部硅颗粒在不同重力场中的分离行为.数值模拟结果证明了夹杂颗粒在沿着超重力方向上的运动行为近似符合Stokes运动定律.这表明超重力场可以有效分离金属熔体中的夹杂物.