火焰清理工艺中平行多孔射流非预混燃烧的研究

建立了远程控制燃烧试验台,研究了天然气和氧气的非预混燃烧过程,利用间接测温法分析了多孔射流燃烧火焰的温度分布规律.利用Realizable k-ε湍流模型研究平行多孔射流的流场特性,采用平衡化学反应模型研究射流的非预混燃烧过程,数值计算得出的火焰结果与试验数据吻合较好.结果表明:多孔射流的卷吸与合并能够加快气体的混合与燃烧;平行分布的45股射流在喷嘴出口附近趋于形成双孔合并,随着流动发展会发生再合并,最终表现为3股强射流火焰形态.     

重载机车轴流冷却风机流场及失速特性的研究

针对重载机车轴流冷却风机运行条件多变、容易发生失速的现象,建立了一种三维数学模型来研究轴流通风机的气动性能,预测失速点.基于RNG k-ε湍流模型,在旋转坐标系下采用SIMPLE算法求解压力速度耦合方程.计算了不同工况下风机的性能参数,绘制特性曲线,分析了内部流动规律和失速特性.结果表明:风机特性曲线存在不稳定工况区,在小流量范围存在一个拐点;失速工况下叶轮处静压最小值远高于工作点,并且叶片静压梯度下降明显;风机失速时流线弯曲严重,尾部漩涡区延长;可以预测失速点在流量系数为0.201处.     

不同熔化速率下的电渣重熔过程数值模拟分析

电渣重熔能提高钢锭的质量,从而满足特种行业的需要,其过程伴随着复杂的物理现象,存在着磁流体流动、传热和传质以及电化学等多方面的影响。通过耦合电磁以及流动和温度方程对电渣重熔过程的三维瞬态进行了数学模拟,研究了熔化速率对重熔过程的影响。结果表明:电流密度、焦耳热和电磁力都随着熔化速率的增大而增大,当熔化速率由14.4kg/h增加到27.0kg/h,电流密度、焦耳热和电磁力最大值的增大比例超过100%。随着熔化速率的增大,温度最大值有小幅的增加,而且速度最大值的增大幅度接近50%;金属熔池深度则由27mm增大到38mm,不利于保证铸坯的质量。     

行波磁场作用下金属液体运动行为的数值模拟

将行波磁场理论和流体运动N-S方程相结合,建立了行波磁场作用下材料制备用容器内三维流场的数学模型,并引入了新的电磁力计算模型.通过与文献中实验结果的对比,验证了本模型及计算程序的可靠性.研究还发现,行波磁场作用下装置内纵截面形成了两个对称的大环流;当径高比降低时,容器内的流场结构没有改变,仍然为两个对称的旋流,形状由椭圆形变成长方形.当电磁力增大时,轴向速度曲线由平顶变为尖顶的抛物线,并且电磁力越大,波顶离底部壁面的距离越近.     

旋转磁场作用下真空精炼装置内脱碳过程的模拟研究

为了了解旋转磁场下真空精炼装置内的脱碳反应,对RH装置内钢液流场与脱碳过程进行了耦合计算;采用修正的均相流模型计算流场,避免了先前的一些不具推广性的方法,如简化计算区域或者预先规定含气率分布等.分别对有、无旋转磁场作用时的RH系统进行了模拟计算.模拟结果表明:流场和脱碳过程与现有文献中实验结果相符合;当旋转磁场作用后,磁感应强度为0.04 T时,初期脱碳速度比无旋流作用时增加了约15%,这是由于旋流增加了系统的搅拌能,提高了脱碳反应速率.脱碳反应进行到最后阶段,不同磁感应强度下的碳含量趋于同一稳定值.     

垂直连铸凝固过程的数值模拟研究

采用基于Eulerian-Eulerian方法和合金凝固理论的液相-柱状晶-等轴晶三相凝固模型，对立式连铸工艺中结晶器内的凝固过程进行了研究.对比焓-多孔介质凝固模型，除热溶质浮升力导致的熔体流动，该三相凝固模型还考虑了柱状晶组织的生长、等轴晶组织的形成和演变以及游离等轴晶粒的沉浮，揭示了等轴晶沉降漂移作用对宏观溶质传输及凝固组织分布的影响.模拟结果显示铸坯中心处由等轴晶粒沉积形成的富等轴晶区存在溶质负偏析，紧邻该负偏析区域存在带状偏析区域.随着钢液过热度增加，等轴晶分布减少，中心处宏观偏析加重.     

蝶式感应加热中间包流场与升温特性

针对传统连铸设备中间包钢液入口与浇注口距离近无法安装感应加热装置的问题，设计出一种新型蝶式感应加热中间包，并建立三维非稳态磁-热-流耦合数学模型研究电磁场对蝶式中间包内流场和温度场的影响，得到感应加热功率与升温特性间的关系.结果表明，感应电流在中间包中形成闭合回路且主要集中在通道处.偏心电磁力使得钢液在通道内产生旋流并伴有较大切向速度，流出通道的钢液向浇注室上方运动.中间包过流量为2t/min时，无感应加热情况下出口温降为7K，而有感应加热情况下，当加热功率由600kW增至1000kW，出口温升由8K增至27K.     

套筒对烧窑新型燃烧室内电石尾气的燃烧特性

通过建立流动、燃烧和辐射换热三维耦合数学模型，研究电石尾气在套筒对烧窑新型燃烧室内的燃烧特性，并考察过量空气系数对燃烧情况的影响.结果表明，电石尾气燃烧产生的烟气受到挡火墙的阻挡，形成强烈的漩涡，火焰高温区出现在挡火墙的内侧.随着过量空气系数的增加，燃料燃烧率逐渐变大，但即使过量空气系数增大至1.3，燃烧室出口仍有CO剩余，即少量燃料会随烟气流动到窑膛内燃尽.随着过量空气系数的增加，燃烧室出口平均温度先上升后下降.     

大型电渣炉钢锭凝固过程的动态快速响应模型

为了研究电渣重熔中凝固过程对钢锭质量的影响,建立了大型电渣重熔过程钢锭凝固过程动态快速响应数学模型 利用控制容积积分法离散数学模型方程,采用附加源项法解决非线性模型方程快速迭代收敛问题 应用该模型预测的温度场及金属熔池形状同实验结果吻合较好 针对一典型大钢锭凝固过程动态温度分布及熔池形状进行了模拟分析,结果表明,当钢锭高度线性增加,而重熔钢锭锭高与直径之比超过1 1时,钢锭熔池形状基本稳定;在低熔铸速度阶段,熔铸速度对最大液池深度的影响不大;当熔铸速度增加时,熔铸速度对最大液池深度的影响有增大倾向     

铝电解阳极碳块析出气体引起的电解质/铝液界面波动

电解质/铝液界面波动对电解铝过程的稳定性和电流效率有重要影响,基于计算流体动力学(CFD)方法建立铝电解槽内电解质/铝液/析出气体的多相流体流动的数学模型,研究铝电解槽内阳极碳块析出气体引起电解质/铝液界面波动现象,并对比分析传统型、长凸台型和小方体型阴极对电解质/铝液界面波动的影响.结果表明,电解质/铝液界面波动的形成时间约为45 s,之后波动进入稳定期,波幅变化很小.三种形式的铝电解槽中铝液波动的趋势基本一致,其中,传统型铝电解槽内液面波动幅度最大,长凸台型铝电解槽内的铝液波动幅度最小.