搅拌设备内流场的数值研究

利用滑移网格法计算了六直叶Rushton涡轮搅拌设备内的流场。考察了计算流体力学(CFD)模拟搅拌设备流场的预测能力,分析了搅拌桨叶端及附近区域的流动行为。结果表明：CFD计算的时均速度与实验结果一致,CFD技术与实验手段可相互补充;搅拌桨叶片端部的速度分布并非关于叶片高度的中心位置严格对称,搅拌设备的流场结构并非完全由搅拌桨的行为决定;六直叶Rushton涡轮叶端附近区域最大径向速度点与最大切向速度点不在同一个位置,径向速度在叶端附近区域有一个流动发展的过程。     

顶吹气体射流冲击下熔池内液体流场的研究

本文对顶吹气体射流冲击下熔池内的液体流扬,将物理模型的试验测定,与数学模型方程的数值求解相配合进行了研究。用激光测速仪测定了模型熔池液流的速度分布。以湍流的运动学和动力学方程、Prandtl—Kolmogorov湍流单方程模型,以及物理模型试验测定提出的边界条件,构成了所研究问题的数学模型。应用Spalding等计算湍流回流的方法,对数学模型数值求解,得到了熔池内液流流函数、速度、涡量、湍动能,湍流旋涡粘性系数等的分布,计算结果与实验测定相当吻合,并可见本文的工作比之前人的有了进一步的改善。     

顶吹气体射流冲击下熔池中液体流动的数学物理模型

本文将湍流运动方程和k—ε湍流双方程模型结合,提出了顶吹气体射流冲击下熔池中液体流动的数学模型,并采用Spalding等人提出的方法解这一非线性偏微分方程组。同时,还用激光测速方法得到实验测定的流场速度分布。在计算结果及实验数据的基础上,分析、研究了流场的性质和特点。 由于用k—ε湍流模型代替k—ι模型以及在边界条件及计算方法上的一些改进,使数学模型预报的结果比前人的相应结果更符合实际。而且,本文提出的数学模型适用于大气体流量射流冲击下液体流场的计算,这是对前人工作的一个突破。总之,我们的工作可以认为是Szekely和李有章等人相应研究的继续和深入。     

吹气搅拌熔池内轴对称循环流速度场的计算——Ⅱ.数学模型及其应用

本文利用描述喷吹钢包内流动现象的全浮力模型及其提供的边界条件,建立轴对称循环流场的数学模型。利用以速度和压力为主要因变量的微分方程组和Κ-ε双方程湍流模型来描述流体流动,用SIMPLER法数值求解。将所得结果与相同喷吹条件下的激光测速仪测量值对比,两者吻合较好。由数学模型预示的混匀时间与全浮力模型公式计算值和示踪剂实测值相近。     

炼钢转炉顶吹气体射流对熔池的穿透行为

在转炉吹炼过程中顶吹气体射流冲击液面形成的冲击坑对于熔池的成渣速率和冶炼效率有较大影响,是冶炼过程中的重要动力学参数。以1/10氧气顶吹转炉为对象进行了水模型实验,研究了枪位、顶吹气量对射流穿透行为的影响;基于实验与理论分析,讨论了液相表面张力对穿透深度的影响机理;通过引入用于冲击坑形成的射流冲击动能利用指数,建立了更为精确的穿透深度分析模型。研究结果表明:穿透深度随枪位的降低、顶吹气量的增大而增大,冲击直径随枪位的提高而增大但受顶吹气量的影响较小;液相表面张力对穿透深度的影响随着表面张力的增大而加强,随着穿透深度的增大影响更为显著;能量利用指数随着枪位的提高而增大,并基于实验得到了其与枪位的定量关系。     

150t复吹转炉熔池传质及合适的底吹气量

通过水模型实验研究了复吹转炉中顶吹、底吹及熔池产生的CO气流对熔池的搅拌作用。按正交实验设计法,由实验得出吹炼中期和后期影响熔池内传质的主要因素及合适的顶吹和底吹气量。在高速脱碳期,顶吹和底吹气流的搅拌作用与CO气流的相比可忽略不计;在脱碳后期,底吹气流对熔池的搅拌起主要作用。在吹炼后期,底吹气量为5Nm~3/h时可达到最佳的搅拌效果。根据水模型实验结果,回归整理出混匀时间和容量传质系数的准数方程。     

浸入式倾斜侧吹气体在熔池中的穿透行为

利用摄像法对气体在液态金属中的穿透深度进行了实验研究，在实验基础上，通过量纲分析，分别得出气体无量的水平和垂直穿透深度的经验表达式，结果表明，当修正弗劳德数和喷嘴倾角一定时，随着喷嘴直径的增大，气体水平和垂直穿透深度增大，当喷嘴直径和喷嘴倾角一定时，气体水平和垂直穿透深度均随着修正弗劳德数的增加而增大。     

吹气搅拌熔池内轴对称循环流速度场的计算——Ⅰ.流场的物理模型及数模边界条件的确定

本文介绍直筒型容器内的熔体,在轴对称浸入喷嘴吹气搅拌下所形成循环流场的基本特征。用统计学方法确定了气液两相区的结构,全浮力模型的观点得到证实。浮力作为基本驱动力的假设和流动参数的高斯分布规律被推荐作为速度场分布数学模化的基础。     

金属熔池中顶吹气流穿透深度的实验研究

根据力的平衡原理，考虑壁面效应，建立了悬挂式顶吹气体射流无量纲穿秀深度的理论计算公式，计算表明，无量纲穿透深度随正弗鲁德数的增大而增加，且随无量纲枪位的增大而减小，通过在铅－锡－饿合金熔池中顶吹氩气和氦气的热态实验对计算公式的合理性做了验性。     

钢包底吹气体透气砖内温度和应力分布

利用ANSYS软件,对钢包运行过程中底吹气体透气砖内的温度和应力分布进行了计算和研究.研究结果表明,透气砖内的温度随时间和位置而变化,透气砖工作面温度与钢水温度一致,其他位置的温度随时间发生变化.在15min时,透气砖内各部位的温度最高,60min时达到最低,其后又开始逐渐升高.在钢包整个运行过程中,透气砖表面附近的应力最高,且沿轴向的应力梯度较大.透气砖工作面处的应力大于80MPa,而在0.005m处则迅速下降至50MPa左右.透气砖工作面附近因热应力引起的层状剥落是造成透气砖损毁的主要原因.     

深井泵泵内流场的实验研究

应用粒子成像测速（ＰＩＶ）技术对深井泵泵内流场进行了研究,分析了流场对泵阀运动规律的影响以及泵内结构对流场的影响。根据实验结果,建议对混相流深井泵采用偏心球形阀球;对于流道狭小的深井泵采用滴形球阀;对含砂的抽油井所用深井泵,则采用嵌有密封胶皮的锥形阀球。在保证最大过流面积的条件下,阀球罩的断面形状应该尽量采用流线型,以减小过流阻力。应考虑将柱塞的吸入口设计成流线型或喇叭口型,以降低其吸入阻力。在保证柱塞出口有最大过流断面的同时,也应将柱塞出口流道设计成流线型,以此降低柱塞出口处的过流阻力。     

深井泵泵内流场的实验研究

应用粒子成像测速（ＰＩＶ）技术对深井泵泵内流场进行了研究，分析了流场对泵阀运动规律的影响以及泵内结构对流场的影响，根据实验结果，建议对混相流深井泵采用偏心球形阀球，对于流道狭小的深井泵采用滴形球阀；对含砂的抽油井所用深井泵，则采用嵌有密封胶皮的锥形阀球，在保证最大过流面积的条件下，阀球罩的断面形状应该尽量采用流线型，以减小过流阻力，应考虑将柱塞的吸入口设计成流线型或喇叭口型，以降低其吸入阻力。在保     

顶,底吹氧及天然气复吹转炉熔池搅拌能的分析

针对底吹氧气和天然气的复吹转炉,建立了适合该气源的熔池搅拌能计算式;同时还探讨了影响搅拌能大小的主要因素和搅拌强度随吹炼过程的变化规律。     

高速气流下炉内流场的数值模拟

将计算流体力学引入工业炉热工领域。通过求解三维紊流Nauier—Stokes和K-ε双方程模型对单侧上烧咀均热炉内的流动场进行了研究。提出了在此种均热炉上使用高速烧咀,探讨了炉内流场结构与烧咀出口速度及排烟口形式的关系。     

2种浸入式侧吹模式下的熔池搅拌现象

在考虑流股成泡后各分散气泡形阻力的影响以及气液相运动时相间的滑移等条件的基础上,耦合了Sato模型和湍流分散力,建立了欧拉气液两相多流体模型;采用计算流体力学的方法对深侧吹和浅侧吹2种不同浸入式侧吹模式下熔池内两相流动状态和混合特性等进行了计算和比较.研究结果表明:浸入式侧吹能有效吸收气体流股的冲击能量,减少喷溅,熔池中易于形成有利于体系混合的环流;深侧吹比浅侧吹具有更强的搅拌能力和更快的混合速度,相间和相内传质速度更快,可以为高碳锰铁快速脱碳提供更加良好的反应动力学条件.     

阀门内流场数值模拟分析研究

文章在讨论阀门流量系数计算原理的基础上,给出了阀门内流场数字模拟分析方法。利用COSMOS/FloWorks实现球阀的流量系数计算分析,计算分析验证了应用CFD技术所计算阀门流量系数的准确性,并揭示球阀内流场压力的分布情况规律,为现实的设计生产提出了一种较为简单易行的计算阀门流量系数的方法。     

堤坝内流场和外流场的计算

本文把堤坝的外流场和内流场看作一个整体问题，以Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程为流动控制方程，用ＶＯＦ法确定外流场的自由界面与内流场的浸润线，采用ＳＯＬＡ－ＶＯＦ方法进行数值求解．用堤坝内部细胞单元结构模型简化堤坝内部石块和空隙的复杂形状结构．为了验证上述数学计算模型的有效性，本文对梯形截面堤坝，在外界孤立波作用时，进行了堤坝外流场和内流场的计算，可以看到堤坝内压力场对堤坝的安全至关重要，同时还可以看到堤坝的内外压力场的脉动作用，是造成坝体破坏的重要因素．     

水压裂缝缝内流场的理论研究

水力压裂过程就是地层在受到压裂液作用后裂缝向前延伸扩展的过程。水力压裂过程中,缝内流体的流动特征对裂缝的延伸和形态具有很大的影响。要确定水力压裂过程中的缝宽变化,首先应根据流体力学理论,找出缝内流体压力的分布规律,得出它与裂缝宽度的关系,再根据岩石力学和断裂力学理论,寻求二者在裂缝宽度或压力方向的流固耦合,从而最终确定出裂缝的几何形态。通过缝内流场的理论研究,推导出了一个新的描述缝内流场的理论模型,为求解全三维裂缝几何形态打下了理论基础。     

狭窄血管内流场的PIV实验研究

为了对狭窄血管内的剪切应力等流动力学参数及流场形态进行可视化测量,利用三维粒子速度场仪在不同雷诺数下对50%狭窄的颈动脉血管内的流场及剪切应力等流动参数进行了测量.实验结果表明,血管狭窄下游出现了较大范围低剪切应力区域,该区域内剪切应力值低于多数研究认为的能够避免血管内皮细胞损伤的最低值0.4 Pa(4 dyn/cm2).此结果支持了低剪切应力在血栓形成中起着重要作用的观点,同时血管狭窄处出现了较小范围的高剪切应力梯度区域,狭窄下游的涡流则会不断卷吸部分血液反复通过此区域造成血液成分受损,加速斑块的形成.