吹氩钢包内气泡聚并破碎和运动行为

基于Euler-Euler双流体模型及PBM模型,建立了吹氩钢包流场数学模型.此模型考虑了吹氩钢包内气液两相之间的曳力、升力、湍流扩散力和气泡的聚并和破碎等因素.研究了气泡聚并破碎对钢包钢液内含气率、气泡速度和混匀时间的影响,并与定气泡直径下的流场进行对比.数值结果表明:PBM模型的预测值更接近实验结果;钢包内气泡分布为中心区域气泡直径大,从中心到气液边界处气泡直径逐渐减小,气液两相区边界处直径最小;在钢包轴线上气泡速度先急剧增加然后缓慢减小,在接近液面处气泡速度又急剧减小.     

连铸结晶器内气泡群粒径分布的实验研究

为了获得结晶器内的气泡粒径及其分布规律,建立了一套水模型实验系统.为模拟真实上水口的吹氩过程,采用莫来石制作水模型的环状吹气装置,利用激光片光源和高速摄像机捕捉气泡的瞬时分布,并采用Image J软件分析和计算气泡的粒径.结果发现:气泡平均粒径随水流量、水口插入深度的增加而增大,随吹气量、水口倾角的增大而减小;莫来石弥散砖产生的气泡初始粒径较小且分布均匀.气泡粒径在结晶器宽面一侧水平方向上呈先增大后减小的趋势.随水流量的增大,气泡分布更加分散;随吹气量的增加,气泡分布规律无明显区别,但粒径增大.     

线性电磁搅拌下钢包炉内卷渣临界速度的模拟研究

在钢包精炼炉旁配备了电磁搅拌系统,并利用多普勒超声波测速仪对线性电磁搅拌方式下金属液与模拟熔渣的界面流速分布状况进行了测定及分析;确定了卷渣临界流速等重要冶金参数,并根据相似原理对实际钢包精炼炉的对应参数进行了分析.研究发现,电磁搅拌可以有效促进金属液的内部流动,从而显著改善金属液内部的动力学条件,是提高钢包精炼效率的有效手段.在生产中,可以卷渣临界流速为依据,针对不同的精炼工艺要求采用不同的电磁搅拌强度.     

基于LES和D-BPBE方程的舰船尾流气泡聚并研究

基于大涡模拟方法(LES)和经专门修正的气泡群平衡方程(D-BPBE),对舰船尾流中普遍存在的气泡聚并现象进行了数值模拟研究.结果表明:气泡聚并对尾流总气泡数密度的分布(BND)影响不大,但却是影响尾流气含量分布的主要因素;其原因在于气泡聚并主要发生于有大尺寸气泡参与的情形.虽然从数密度而言,大尺寸(500～1 000μm)气泡相对尾流总气泡的比例较小,但它是尾流中气含量的主要载体,因而往往直接决定着气含量沿尾流流向的分布特征.研究同时表明了气含量的分布特征为,近尾流区(约1.8 km内)近似以乘幂形式衰减,远尾流区以线性格式衰减.结论弥补了当前针对舰船尾流的研究一直不能明确气泡聚并在尾流气泡分布中的作用这一根本缺陷.     

过冷池沸腾中气泡聚并对壁面换热影响的实验研究

该文实验研究了气泡聚并对核态池沸腾换热的影响。在恒壁温的边界条件下,利用微加热器阵列加热液态FC-72产生气泡,同时利用高速数据采集系统测量特定区域的热流密度。由于气泡之间液体层的蒸发和气泡聚并后产生的振荡,沸腾过程中发生气泡聚并时热流密度的波动远强于加热表面仅有单气泡生成时的情形。与单气泡成核相比,气泡聚并所产生的振荡提高了加热表面的再润湿频率,从而显著增加了平均传热。观测还表明,由于气泡之间的液体层被仍处于惯性生长阶段的气泡推离,气泡聚并速度非常快时并不会伴随热流量的增加。实验结果表明:当无量纲的聚并数Ncoal0.2时,气泡聚并能够增强换热;反之,当Ncoal0.2时,气泡聚并则会减弱换热。     

基于大涡模拟方法和修正的气泡平衡方程的舰船尾流气泡聚并研究

基于大涡模拟方法(LES)和经专门修正的气泡群平衡方程(D-BPBE),对舰船尾流中普遍存在的气泡聚并现象进行了数值模拟研究。结果表明:气泡聚并对尾流总气泡数密度的分布(BND)影响不大,但却是影响尾流气含量分布的主要因素;其原因在于气泡聚并主要发生于有大尺寸气泡参与的情形。虽然从数密度而言,大尺寸(500~1 000μm)气泡相对尾流总气泡的比例较小,但它是尾流中气含量的主要载体,因而往往直接决定着气含量沿尾流流向的分布特征。研究同时表明了气含量的分布特征为,近尾流区(约1.8 km内)近似以乘幂形式衰减,远尾流区以线性格式衰减。结论弥补了当前针对舰船尾流的研究一直不能明确气泡聚并在尾流气泡分布中的作用这一根本缺陷。     

加压溶气气浮气含率分布与气泡聚并规律研究

加压溶气气浮技术是污水除油中常用的高效工艺,气泡的大小和分布对除油效率的影响至关重要。基于相群平衡模型,对溶气气浮器内两相流动及气泡聚并进行数值模拟,并进行实验研究加以验证,建立了气浮器接触区模型,研究了气泡聚并及气含率分布规律,分析了释放头不同气液比和接触区高度对气含率分布和气泡聚并情况的影响。结果表明：接触区气含率随气液比增大而升高,随接触区高度的增加而降低,气泡在上浮过程中会发生聚并使得气泡变大,稳定性变差,同时加快上浮速度,会影响接触区的气含率分布。通过微观模拟发现大粒径微气泡在上浮过程中更容易发生聚并,小粒径微气泡则由于表面张力作用稳定性更强,不易发生变形和聚并。研究结果为溶气气浮气液比的选择和浮选过程气含率和气泡分布的研究提供参考。     

单液膜气泡聚并和连接过程的移动粒子半隐式法数值模拟

为了研究单液膜气泡单层液膜包裹气体的特殊结构形式和内外壁面均受气液表面张力的特殊力学形式,在拉格朗日框架下采用无网格移动粒子半隐式法并基于表面自由能表面张力模型,建立了单液膜双气液界面表面张力模型,从而实现了单液膜气泡振荡变形过程中的复杂界面计算和捕捉。在此基础上对2个单液膜气泡的聚并和连接过程进行了模拟分析,获得了典型的流动现象和液膜变形特征与规律,发现减小表面张力系数或增大黏性系数均会减弱气泡变形过程中表面张力项的变形主导作用。为此,提出了凹点切线法用于计算连接型气泡的液膜夹角,明晰了连接型气泡的形状。计算结果可为工业消泡技术提供一定的理论依据。     

铝熔炼炉内电磁搅拌磁场的数值模拟

针对某厂50 t铝熔炼炉与电磁搅拌器,采用ANSYS软件建立三维有限元模型,对熔炼炉内电磁搅拌磁场进行数值模拟。研究结果表明:电磁搅拌器在其周围空间产生交变磁场,其变化周期等于加载的低频交流电周期;磁场向右呈波浪式移动,当加载电流频率为0.4 Hz时,行波移动速度为1.44 m/s;磁感应强度在铝液水平层内由边缘向中部逐渐增大,并沿铝液高度方向迅速衰减;铝液底层的电磁搅拌器垂直投影区域磁感应强度较大,为搅拌作用的核心区域;磁感应强度的仿真结果与实测结果基本吻合。     

颗粒尺寸和电磁搅拌参数对SiC增强铝基复合材料组织的影响

Sic颗粒掺入金属基复合材料形成一种高性能与低成本的金属基复合材料,被认为是应用范围最广、开发和应用前景最大的一类金属基复合材料。铝基复合材料的增强颗粒尺寸和制备工艺直接影响着材料的组织及性能,因此研究增强颗粒物的尺寸和制备参数对铝基本复合材料组织的影响具有重要作用。本论文研究了SiC颗粒尺寸和电磁搅拌参数对Al基复合增强材料组织的影响。通过研究得出最适宜的SiC颗粒尺寸和电磁搅拌参数,对提高铝基复合材料的组织性能具有重要意义。     

发酵液中添加物对气泡聚合的影响

详细叙述了发酵液中无机和有机物对气泡聚合的影响，并初步探讨了气泡聚合机理，实验表明：对不同的无机盐和有机物都存在一个使气泡聚合频率急速下降的过渡浓度区。     

电磁搅拌技术的国内外发展现状

对最近几年来电磁搅拌技术的发展从电磁搅拌实现方法、数值模拟技术的应用、电磁搅拌对凝固组织及性能的影响等几方面进行了概述，并对电磁搅拌凝固技术的发展趋势进行了预测。     

大圆坯连铸结晶器电磁偏心搅拌的数值模拟

建立了描述大圆坯连铸结晶器电磁搅拌过程电磁场的三维数学模型,并采用实测数据对模型的准确性进行了验证.研究了不同搅拌电流强度和频率下,磁感应强度与电磁力的变化规律,并重点分析了偏心搅拌下磁感应强度和电磁力的分布特点.结果表明:磁感应强度和电磁力均随搅拌电流强度的增大而增强;随着搅拌电流频率的增大,磁感应强度逐渐减弱,而电磁力先增强后减弱,并在2.5 Hz时达到最大值;偏心搅拌时,电磁力在铸坯横截面上仍呈周向分布,但电磁力和磁感应强度的大小都出现了不对称分布,在靠外弧的一侧更大.     

感应加热钢包炉电磁与结构优化

感应加热钢包炉是国外新发展的一种二次精炼及加热设备，具有高效、低能耗、无污染的特点，本文在感应加热钢包炉电磁与结构分析工作的基础上，用电磁场数值模拟方法对感应加热钢包炉的电磁设计和包壳结构进行优化。     

电磁搅拌Al-Si合金宏观组织细化机理

以Ａ１－Ｓｉ合金为例，对电磁搅拌细化宏观凝固组织的机理进行了探讨，认为电磁搅拌强迫流动增加了液相中形核的同时性及使晶核更加均匀分散在液相中是宏观组织细化的根本原因。     

末端电磁搅拌工业应用参数的优化试验分析

针对末端电磁搅拌器现场应用存在的实际问题,对工业用末端电磁搅拌器内的磁感应强度分布,用CT-3型特斯拉计在线进行了全面测试.通过对测试结果的理论分析优化确定了现场应用的末端电磁搅拌器的电磁参数为:电流500 A,频率13 Hz,连续搅拌方式,使搅拌器中心磁感应强度达到119.1 mT,电磁力达到574.2 N/m3,固液界面处钢水最大流速达到0.163 m/s.在77B钢和GCr15-1轴承钢连铸生产中取得了显著改善铸坯中心缩松与偏析的良好冶金效果.     

DC─EAF熔池电磁搅拌与传热的数值计算

本研究应用Ｓｐａｌｄｉｎｇ数值计算方法，移植顶吹转炉成功的数模与计算软件，加入电磁场洛仑兹力，在理论分析的基础上研制了３０ｔ底电极直流电弧炉熔池电磁流场温度场数学模型，开发了计算软件，计算了流场、温度场。