滑溜水压裂支撑剂在水平井筒内沉降规律研究

为了研究支撑剂在水平井水平段内沉降规律,自主设计了实验装置及实验方法,分别研究了水平井直径、排量、砂比、压裂液黏度等参数对临界沉降速度和临界再悬浮速度的影响。实验结果表明:支撑剂的临界沉降速度和临界再悬浮速度随着砂比、水平井直径的增大而增大,随着压裂液黏度的增大而减小;临界速度受水平井筒直径、压裂液黏度影响较大,受砂比影响较小;在相同条件下,临界再悬浮速度比临界沉降速度大。基于实验数据,通过多元非线性拟合,建立了临界速度计算模型,该模型考虑了支撑剂、压裂液、水平井直径、砂比等影响因素,能较准确预测临界沉降速度和临界再悬浮速度。     

金属塑性加工工作界面非稳态润滑轧机振动控制

针对轧机垂直系统经常发生的自激振动现象,综合运用轧制理论、流体力学理论、润滑摩擦理论以及机械振动理论,建立考虑辊缝非稳态润滑过程轧机系统振动模型。该模型综合运用工作界面上的轧制力模型、界面摩擦模型、工作辊运动模型构成的界面薄膜约束多重耦合模型,定量分析一些主要参数对轧机垂直自激振动临界速度和振幅的影响。研究结果表明:轧制润滑乳化液的黏度越大,振动的临界速度越低;轧件的出口厚度越小,入口厚度越大,振动临界速度越低;轧件的变形抗力越高,振动临界速度越低;轧辊、轧件的表面粗糙度越高,轧机振动临界速度越高;轧辊半径越大,振动临界速度越高;轧机垂直系统本身的正阻尼(工作辊间阻尼以及压下油缸阻尼)越大,振动临界速度越高,振幅也越小;轧制速度越高,振幅越大。     

TiO_2含量对低镁含锰渣的流动性和热力学性质的影响

为探究钛矿护炉和锰矿洗炉条件下TiO_2对炉渣流动性和热力学性质的影响机理,本文通过黏度实验和FactSage热力学软件计算,分析了不同TiO_2含量低镁含锰渣的黏度和熔化温度、热焓及活度等热力学性质变化。结果表明,随着TiO_2含量的增加,炉渣黏度、熔化性温度和完全熔化温度降低,炉渣的流动性和热稳定性改善。炉渣热焓和液相中的TiO_2活度随TiO_2含量的增加而增大,而热焓的增大将增加高炉的热量消耗和燃料比。在冷却结晶过程中,TiO_2含量的增加有利于增大钙长石、钙钛矿和橄榄石等物相的析出量,而黄长石和硅灰石的析出量则随TiO_2含量的增加而降低。     

基于动网格的火炮制退机内部流场数值模拟

针对火炮制退机流场一维计算模型无法全面、准确反映其内部流场特征的局限,建立了基于动网格的制退机实际结构二维计算模型。利用流体计算软件Fluent,对火炮后坐过程制退机内二维流动进行了数值模拟。采用动态层变方法结合Profile运动边界驱动机制实现网格区域运动,确保模型符合实际运动规律。对比计算压力与实际压力,结果表明该方法具有较高精度,模拟结果显示了制退机内压力、速度分布,并清晰地捕捉到其内部流场的瞬时变化,揭示了典型机构处漩涡的生成、运动、合并与分裂规律。研究结果为进一步完善制退机结构设计提供了理论支持。     

300 t顶底复吹转炉炉渣磷酸盐容量计算分析及预测模型

通过对某钢厂脱磷转炉炉渣磷酸盐容量计算和分析并结合前人的研究成果,得出实测炉渣磷酸盐容量与炉渣中碱性氧化物含量、炉渣光学碱度、炉渣中全铁含量和温度的变化关系,并结合生产数据拟合出炉渣的组成与炉渣磷酸盐容量的表达式。将文献报道的不同炉渣磷酸盐容量模型的计算值与实测值进行了对比和分析。基于共存理论建立了本渣系炉渣磷酸盐容量预测模型,误差分析表明该预测模型准确可信,将为现场生产提供理论指导。     

CO_2在原油中的扩散规律及变扩散系数计算方法

通过室内实验与理论计算相结合建立CO_2在体相及多孔介质中变扩散系数的计算模型,得到不同黏度原油在多孔介质中的变扩散系数,并结合文献中的常扩散系数计算模型,利用MATLAB进行数据拟合与编程,对比分析两种计算方法下的平均扩散系数以及CO_2在溶液中的传质扩散行为。结果表明:原油黏度越大,扩散系数越小,扩散平衡时间越长;采用变扩散系数可以更好地解释扩散过程中的非稳定阶段与稳定阶段,其扩散行为更符合实际条件下的扩散规律。     

基于多功能转炉炼钢法的连续循环冶炼过程

为了研究脱碳渣在脱磷期的重新利用,基于多功能转炉炼钢法进行连续循环冶炼实验.实验发现：脱磷阶段渣中较低的FeO含量、吹炼5 min左右,[ C]≥2.8%的条件下,可实现转炉熔池内铁液[ P]≤0.025%的脱磷效果,并对低( FeO)含量炉渣的脱磷可行性进行热力学计算;随着循环的进行,石灰加入量逐渐降低,由65 kg·t-1降低至31 kg·t-1,转炉冶炼终点钢水[ P]量由0.018%降低至0.005%,2~4炉后达到平衡状态;在循环过程中,脱磷阶段结束倒出炉渣60~80 kg·t-1,整个循环结束一次性倒出剩余全部炉渣120~130 kg·t-1,平均渣量为83 kg·t-1左右,较普通工艺的120 kg·t-1渣量有大幅度减少.     

中性气氛下钒钛磁铁矿高炉渣系研究

以钒钛磁铁矿现场高炉渣为基础,纯化学试剂调制渣样,在中性气氛条件下研究了炉渣二元碱度及Mg O,Al2O3,Ti O2,V2O5含量对实验渣系冶金性能的影响.结果表明:增加碱度和Mg O含量,炉渣熔化性温度(tm)、初始黏度(η0)和高温黏度(ηh)呈先降低后升高趋势;增大Al2O3含量,炉渣tm升高,η0先降低后升高,ηh呈上升趋势;增大Ti O2含量,炉渣tm升高,η0和ηh逐渐下降,炉渣黏流活化能升高,热稳定性变差;增大V2O5含量,炉渣tm先降低后升高,η0和ηh逐渐增大.高炉冶炼钒钛磁铁矿适宜渣系为:二元碱度1.15,Mg O,Al2O3,Ti O2,V2O5质量分数分别为13%,13%,7%,0.30%.     

直线电机滑台摩擦特性和摩擦模型

为了提高直线电机在高速、高加速工况下的运动精度,需要对直线电机滑台的摩擦特性进行研究。本文通过直线电机实验台研究了加速度和速度对摩擦力的影响。实验结果表明:加速度越大,预滑动阶段结尾处的临界摩擦力也越大;加速度越大,混合润滑区摩擦滞后现象越显著,使得Stribeck曲线出现后移;在高速运动下,黏滞摩擦力并不随速度呈线性变化,黏滞摩擦因子会随着速度增加而逐渐减小。针对这些摩擦特性,提出了考虑加速度影响的Stribeck二元摩擦模型。结合实验数据辨识出了模型参数并通过对比其他工况下的实验数据和模型预测值,验证了Stribeck二元模型的有效性。     

70吨底吹氩钢包卷渣临界条件的水模型实验研究

文中针对西宁特钢70吨底吹氩钢包,通过水模型实验对钢包临界卷渣吹氩量进行研究,得到单吹临界卷渣吹气量为270L/min,双吹临界卷渣吹气量为320L/min.     

钢包在线底吹氩及夹杂去除的物理模拟研究

采用物理模拟的方法,研究钢包在线底吹氩时,钢包内钢液量、渣层厚度、底吹气体流量等参数对钢包顶部钢液裸露面积的影响,以及钢包在线底吹氩工艺对钢液中夹杂去除率的影响。结果表明,钢包临界卷渣底吹气体流量随着浇铸的进行而逐渐减小;在钢液量相同时,钢包顶部钢液裸露面积随着底吹气体流量的增加而逐渐增大;在底吹气体流量相同时,钢包顶部钢液裸露面积随着钢液液面高度的下降而逐渐减小;渣层越厚,钢液裸露面积越小;在底吹气体流量较小时,透气砖无堵塞与堵塞50%时造成的钢液裸露面积大小相近,但随着底吹气体流量的增加,透气砖堵塞50%时较无堵塞时造成的钢液裸露面积大;钢包在线底吹氩可以提高钢液中夹杂物的去除率。     

模底砖结构对大钢锭充型过程卷渣的影响

通过建立19 t大钢锭充型过程的流动和传热模型，研究大钢锭充型初期的流场和温度场分布特征，针对一系列不同尺寸结构模底砖的钢锭模进行充型过程的数值模拟，研究模底砖结构对充型初期钢液面卷渣的影响。充型初期钢液面波动大，且凝固层推进快，易发生卷渣并被捕获至坯壳。当模底砖下口直径小于上口直径时，钢液进入钢锭模的流速主要取决于模底砖下口直径，并随着下口直径的增大而迅速减小。对于19 t钢锭，当模底砖下口直径大于90 mm后能在很大程度上减小充型初期的卷渣概率。     

宽板坯连铸结晶器流场的数值模拟

针对某钢厂150 mm×1503 mm宽板坯连铸结晶器生产中出现的表面波动及卷渣情况,利用FLUENT软件对其进行了三维稳态数学计算.计算以流体表面流速为主要衡量指标,研究了出水口的倾斜角度、倒角形状对该水口作用下结晶器内流场的影响.计算结果表明,原型结晶器浸入式水口作用下,流场内的表面流速大,射流冲击深度小,液面波动大,卷渣严重.改变出水口的倾斜角度,结晶器内表面流速依旧较大,依然有较严重的卷渣现象发生.改用方案3出水口倒角形状改为相切后,表面流速由原型最大的0.6 m/s减小到0.2 m/s,冲击深度增加,流场改善,卷渣问题得到解决.     

高拉速连铸低碳铝镇静钢铸坯中夹杂物

针对高拉速板坯连铸生产的低碳铝镇静钢铸坯,采用Aspex自动扫描电镜对铸坯表层夹杂物进行大面积的扫描分析,得到不同拉速下夹杂物的变化规律,并探究流场和S含量对夹杂物分布的影响。结果表明：随着拉速增大,钩状坯壳的深度和长度逐渐减小。对拉速大于2 m·min-1的铸坯,由于钩状坯壳不是很发达,铸坯表层没有发现大于200μm的夹杂物。铸坯表层尺寸介于50~200μm的夹杂物主要是由凝固坯壳所捕获,而夹杂物在凝固前沿的受力决定了夹杂物的捕获行为。随着拉速提高,凝固前沿的钢液流速增加,随着冲刷力的增加、捕获力的减少,夹杂物被捕获的数量减少。在高拉速连铸下,如果钢液中S含量较大,夹杂物受到明显的温度Marangoni力,会更容易被凝固坯壳捕获。     

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.     

Effects of MgO and TiO<Subscript>2</Subscript> on the viscous behaviors and phase compositions of titanium-bearing slag

The effects of MgO and TiO₂ on the viscosity, activation energy for viscous flow, and break-point temperature of titanium-bearing slag were studied. The correlation between viscosity and slag structure was analyzed by Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy. Subsequently, main phases in the slag and their content changes were investigated by X-ray diffraction and Factsage 6.4 software package. The results show that the viscosity decreases when the MgO content increases from 10.00wt% to 14.00wt%. Moreover, the break-point temperature increases, and the activation energy for viscous flow initially increases and subsequently decreases. In addition, with increasing TiO₂ content from 5.00wt% to 9.00wt%, the viscosity decreases, and the break-point temperature and activation energy for viscous flow initially decrease and subsequently increase. FTIR analyses reveal that the polymerization degree of complex viscous units in titanium-bearing slag decreases with increasing MgO and TiO₂ contents. The mechanism of viscosity variation was elucidated. The basic phase in experimental slags is melilite. Besides, as the MgO content increases, the amount of magnesia–alumina spinel in the slag increases. Similarly, the sum of pyroxene and perovskite phases in the slag increases with increasing TiO₂ content.     

基于水平集方法的共轴流型液滴形态关键参数研究

采用水平集方法对共轴流形的液滴成形进行计算和研究.以液-液两相流为研究对象，离散相为石蜡和庚烷混合物，连续相为纯水溶液.对离散相液体的进样速度、黏度和进样孔径大小分别进行了计算分析.离散相液体分别以15 ~ 48mm/s的速度进入半径1mm的圆孔通道，随着流速增大，喷射高度变长，周期规律性降低.同时提高离散相溶液的黏度可以有效降低液滴张力与拖曳力之间的作用时间，增大液滴生成频率和改善液滴均匀性.孔径大小直接影响进样口层流的入口速度，缩小孔径将使进样流速变化剧烈，挤压后的液滴生成尺寸相对较小.     

径向滑动轴承中流体从层流到紊流的流动分析和转变判据研究

本文推导了有限长圆柱轴承油膜流体流动的约束方程和固壁上的压力边条,用原始变量法直接求解了三维完全的N-S方程,计算分析了有限长圆柱轴承中油膜层流失稳的临界Taylor数、流场、压力场和摩擦阻力,并通过实验对临界Taylor数进行了验证,结果表明,在有限长轴承中,随着转速的提高,摩擦阻力线性增加,层流失稳出现的涡动将增加摩擦阻力,随着偏心率的增加,层流失稳的临界转速将提高.     

水平井冲砂洗井流体流速研究

由于水平井井身结构的特殊性,开发过程中地层砂更易进入井筒,导致产量下降,水平井中冲砂洗井效果直接影响其产能和开发成本。直井冲砂的水力参数设计不适用于水平井水力冲砂洗井,有必要进行水平井冲砂洗井水力参数研究。在分析水平井不同井段内岩屑运移机理的基础上,建立了相应的水力冲砂流体流速数学模型,可以计算砂粒运移时与流体的相对速度以及冲砂洗井所需的临界流速。水平井冲砂洗井中最困难部分为井斜角60°左右的斜井段,临界流速值最大;洗井液黏度适当增大可以降低冲砂洗井所需的临界流速;岩屑尺寸增大,冲砂洗井所需的临界流速也增大。由于未考虑湍流漩涡对于岩屑运移的影响,临界流速计算值略大于实际冲砂洗井中的流速。     

Simulation study on factors influencing the entrainment behavior of liquid steel as bubbles pass through the steel/slag interface

In this study, a water/silicone oil interface was used to simulate the steel/slag interface in a converter. A high-speed camera was used to record the entrainment process of droplets when air bubbles were passed through the water/silicone oil interface. Motion parameters of the bubbles and droplets were obtained using particle kinematic analysis software, and the entrainment rate of the droplets was calculated. It was found that the entrainment rate decreased from 29.5% to 0 when the viscosity of the silicone oil was increased from 60 mPa·s to 820 mPa·s in the case of bubbles with a 5 mm equivalent diameter passing through the water/silicone oil interface. The results indicate that increasing the viscosity of the silicone oil is conducive to reducing the entrainment rate. The entrainment rate increased from 0 to 136.3% in the case of silicone oil with a viscosity of 60 mPa·s when the equivalent diameter of the bubbles was increased from 3 mm to 7 mm. We therefore conclude that small bubbles are also conductive to reducing the entrainment rate. The force analysis results for the water column indicate that the entrainment rate of droplets is affected by the velocity of the bubble passing through the water/silicone oil interface and that the entrainment rate decreases with the bubble velocity.