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湍流控制器对T形中间包钢液流场影响的数理模拟研究

作　者: 汪磊
导　师: 王谦
学　校: 重庆大学
专　业: 冶金工程
关键词: 中间包湍流控制器物理模拟数值模拟夹杂物
分类号: TF777
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 92次
引　用: 2次
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内容摘要

为了进一步提高连铸效率和满足社会对高质量、高纯净钢的需求,近年来冶金工作者采取了很多措施来强化和扩大中间包的冶金功能,其重要措施之一就是在中间包内设置适当形式的控流装置,改善中间包内钢液的流动形式,使之形成合理的流场,一方面可以促进夹杂物充分上浮,另一方面也为均匀钢液温度创造有利条件。论文结合川威集团炼钢厂双流板坯连铸机的T形中间包的实际情况,采用水力学模拟和数值计算相结合的研究方法,确定中间包内控流装置最佳方案。根据相似理论,在选择Fr准数相等和实验模型与原型的几何相似比为1:3条件下,建立物理模型进行水力学模拟实验;同时根据连续性方程、动量方程以及湍动能和湍动能耗散率方程建立描述中间包内流体流动的数学模型,采用Fluent软件进行数值计算。通过物理模拟实验和数值模拟,测定了不同控流装置中间包流体的停留时间分布曲线,并用计算机模拟了中间包内钢液的流动。发现在中间包中安装湍流控制器后有助于形成合理的钢液流动模式,改善钢液的流动特性。在挡墙加挡坝的中间包内,安装湍流控制器使钢液的最小停留时间增加5.5倍,平均停留时间增加19.7%,死区体积分率减少59.1%。在实验中还发现单挡坝控流装置不能有效的改善钢液的流场,当单挡坝与湍流控制器组合使用时,中间包中钢液最短停留时间增加5倍,钢液平均停留时间增加27.4%,死区体积分率减少77.3%。比较不同控流装置中间包内流体的停留时间分布曲线和流动模式,发现单挡坝与湍流控制器的组合控流装置要优于挡墙挡坝加湍流控制器的组合。对中间包夹杂物运动情况进行模拟。在不同的控流装置下对中间包内夹杂物排除情况进行物理模拟,同时对10μm、50μm和100μm夹杂物颗粒运动轨迹进行数值模拟。结果表明,中间包内安装湍流控制器,能有效的促进10μm和50μm夹杂物颗粒去除,其中单挡坝加湍流控制器控流装置促进夹杂物去除的效果最好。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-9
符号表  9-10
1 引言  10-12
2 绪论  12-24
  2.1 中间包作用及冶金功能  12-13
    2.1.1 中间包的作用  12
    2.1.2 中间包的冶金功能  12-13
  2.2 中间包应用各种控流装置技术  13-21
    2.2.1 大容量中间包  13-14
    2.2.2 中间包采用挡墙和挡坝  14-15
    2.2.3 中间包应用导流隔墙及过滤器  15-17
    2.2.4 中间包吹氩  17-18
    2.2.5 中间包应用湍流控制器  18-21
  2.3 本课题研究的目的和意义  21-22
  2.4 本课题研究的内容  22-24
3 中间包的实验研究方法  24-34
  3.1 物理模拟方法  24-30
    3.1.1 物理模拟的理论基础和相似准数  24-25
    3.1.2 模型中间包和原型中间包参数比  25-26
    3.1.3 刺激-响应曲线的记录与分析  26-27
    3.1.4 夹杂物行为及模拟方法  27-30
  3.2 中间包钢液流动数值模拟方法  30-34
    3.2.1 中间包数值模拟基本假设  30
    3.2.2 中间包数值模拟基本控制方程  30-31
    3.2.3 边界条件的确定  31-32
    3.2.4 夹杂物数值模型简介  32-34
4 中间包钢液流场的数理结果及分析  34-62
  4.1 物理模型的建立  34-35
    4.1.1 中间包结构及尺寸  34
    4.1.2 物理模型试验装置图  34-35
  4.2 无控流装置中间包流场的模拟结果及分析  35-39
    4.2.1 停留时间分析  35-36
    4.2.2 流场模拟结果及分析  36-39
  4.3 挡墙加挡坝控流装置  39-44
    4.3.1 实验方案设计  39
    4.3.2 实验结果及分析  39-41
    4.3.3 优化方案的停留时间分析  41-42
    4.3.4 流场模拟结果及分析  42-44
  4.4 挡墙挡坝加湍流控制器  44-51
    4.4.1 湍流控制器的设计  44-45
    4.4.2 实验方案设计  45
    4.4.3 实验结果及分析  45-47
    4.4.4 优化方案的停留时间分析  47-48
    4.4.5 流场模拟结果及分析  48-51
  4.5 单挡坝的控流装置  51-55
    4.5.1 实验方案的设计  51-52
    4.5.2 实验结果及分析  52
    4.5.3 流场模拟结果及分析  52-55
  4.6 单挡坝加湍流控制器的控流装置  55-59
    4.6.1 物理模拟实验结果及分析  55-56
    4.6.2 流场模拟结果及分析  56-59
  4.7 不同控流装置下钢液流场的比较  59-60
  4.8 本章小结  60-62
5 夹杂物运动行为的数理研究  62-72
  5.1 夹杂物的物理模拟  62-63
  5.2 夹杂物运动轨迹的数值计算  63-69
    5.2.1 无控流装置  63-64
    5.2.2 挡墙加挡坝控流装置  64-65
    5.2.3 挡墙挡坝加湍流控制器  65-67
    5.2.4 单挡坝控流装置  67-68
    5.2.5 单挡坝加湍流控制器的控流装置  68-69
  5.3 数值模拟结果与物理模拟的比较  69-70
  5.4 本章小结  70-72
6 结论  72-74
致谢  74-76
参考文献  76-80
附录  80
  A. 作者攻读硕士学位期间发表的论文目录  80
  B. 作者攻读硕士学位期间参加的学术活动目录  80

湍流控制器对T形中间包钢液流场影响的数理模拟研究

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