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漩流中间包的水模实验研究

作　者: 王焕洋
导　师: 邹宗树
学　校: 东北大学
专　业: 钢铁冶金
关键词: 漩流中间包漩流室流场测定夹杂物模拟停留时间分布
分类号: TF777
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

为了改善连铸中间包内钢液的流动状况，减少中间包钢液内的夹杂物，或防止中间包夹杂物进入结晶器，国内外一些钢厂已采取了相当多的技术措施。其中包括设置湍流控制器和应用离心中间包。基于传统的湍流控制器、离心中间包的设计原理，我们提出了一种名为漩流中间包的新方案。通过这样的方法，既可以实现湍流控制器的作用，还可以在基本不改变原有中间包结构的基础上，避免离心中间包所必需的外加电磁设备，而达到与之相似的冶金效果。对于新型中间包—漩流中间包，课题组已经做了相关实验研究。这些研究对单流漩流中间包进行了停留时间分布和旋转角速度的测定；分别测定了不同漩流室尺寸(直径和高度)条件下的响应时间、停留时间和旋转角速度；得到了最佳漩流室方案和漩流室内旋转角速度的变化规律。本课题在前期研究的基础上，对单流漩流中间包进行了更为深入的实验研究。利用PIV对漩流中间包流场进行测定，利用染色法显示漩流中间包流场，进行漩流中间包的夹杂物模拟实验。此外，还对双流漩流中间包进行了停留时间分布的测定。通过对实验数据的处理及分析，得到以下结论： (1)圆柱型漩流室和圆台型漩流室内水平截面旋转涡心的位置变化有着类似的趋势，即在同一直径下，随着高度的增加，涡心位置呈顺时针方向(即水流动方向)旋转变化。 (2)在同一高度下，随着直径的增加，圆柱型漩流室内的流动趋于平缓，其流体扰动更小，内部流场更加合理；圆台型漩流室内的流动状态没有明显的变化规律。 (3)漩流室的引入可以降低进入漩流室内钢液的湍流特性，并延长其运动路径，达到延长夹杂物上浮时间和改善上浮环境的目的。 (4)引入漩流室后，中间包内流体流动状态均比无漩流室时有很大改善，其流场更加合理，延长了运动路径，增大了停留时间，并减少了死区体积。 (5)无论是圆柱型漩流室，还是圆台型漩流室，其引入都使夹杂物在漩流

全文目录

独创性声明  3
学位论文版权使用授权书  3-4
摘要  4-6
Abstract  6-8
目录  8-11
第一章绪论  11-19
  1.1 中间包冶金的发展  11-13
  1.2 中间包冶金技术的现状  13-16
    1.2.1 设置湍流控制器  13-15
    1.2.2 应用离心中间包  15-16
  1.3 本课题的研究目的和内容  16-19
    1.3.1 研究目的  17-18
    1.3.2 研究内容  18-19
第二章中间包的实验研究方法  19-33
  2.1 中间包的实验研究方法  19-32
    2.1.1 物理模拟方法  19
    2.1.2 停留时间分布的测定  19-25
      2.1.2.1 刺激-响应实验技术  20-21
      2.1.2.2 停留时间分布函数  21-22
      2.1.2.3 平均停留时间  22-23
      2.1.2.4 RTD曲线与混合模型  23-25
    2.1.3 流场显示和流速测量  25-31
      2.1.3.1 流动显示技术  25-26
      2.1.3.2 高速摄影法  26-27
      2.1.3.3 热线(膜)流速仪  27-28
      2.1.3.4 激光多普勒测速  28
      2.1.3.5 粒子图像测速技术  28-31
    2.1.4 夹杂物的模拟方法  31-32
  2.2 本课题采用的实验研究方法  32-33
第三章单流漩流中间包的流场测定实验  33-46
  3.1 相似原理及实验参数的选取  33-37
    3.1.1 相似原理  33-34
    3.1.2 实验参数的选取  34-37
      3.1.2.1 水流量的选取  34-35
      3.1.2.2 模型参数的选取  35-37
  3.2 实验方案设计  37-39
    3.2.1 实验装置  37-38
    3.2.2 实验步骤  38-39
  3.3 实验数据处理与分析  39-45
    3.3.1 圆柱型漩流室内流场分析  39-42
      3.3.1.1 同一直径不同高度的流场比较  39-41
      3.3.1.2 同一高度不同直径的流场比较  41-42
    3.3.2 圆台型漩流室内流场分析  42-45
      3.3.2.1 同一直径不同高度的流场比较  42-44
      3.3.2.2 同一高度不同直径的流场比较  44-45
  3.4 本章结论  45-46
第四章单流漩流中间包的流场显示实验  46-56
  4.1 流场显示示踪剂的选取  46
  4.2 实验方案设计  46-48
    4.2.1 实验装置  47
    4.2.2 实验步骤  47-48
  4.3 实验数据处理与分析  48-54
    4.3.1 漩流室内流动状态分析  48-49
    4.3.2 中间包内流动状态分析  49-54
      4.3.2.1 中间包的响应时间分析  49-51
      4.3.2.2 中间包内流动状态分析  51-54
  4.4 本章结论  54-56
第五章单流漩流中间包的夹杂物模拟实验  56-70
  5.1 夹杂物模拟粒子的选取  56-59
    5.1.1 夹杂物模拟的相似准数分析  56-58
      5.1.1.1 方程分析法  56-57
      5.1.1.2 量纲分析法  57-58
    5.1.2 夹杂物模拟粒子的选取  58-59
  5.2 实验方案设计  59-61
    5.2.1 实验装置  60-61
    5.2.2 实验步骤  61
  5.3 实验数据处理与分析  61-68
    5.3.1 夹杂物的向心聚集上浮分析  61-63
    5.3.2 夹杂物的上浮率计算及分析  63-68
  5.4 本章结论  68-70
第六章双流漩流中间包停留时间分布测定  70-77
  6.1 相似原理及实验参数的选取  70-71
    6.1.1 相似原理  70
    6.1.2 实验参数的选取  70-71
      6.1.2.1 水流量的选取  70-71
      6.1.2.2 模型参数的选取  71
  6.2 实验方案设计  71-73
    6.2.1 实验装置  72-73
    6.2.2 实验步骤  73
  6.3 实验数据处理与分析  73-76
    6.3.1 不同漩流室的实验结果  73-74
    6.3.2 不同漩流室的 RTD曲线  74-76
  6.4 本章结论  76-77
第七章结论  77-79
参考文献  79-81
致谢  81

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