多模式磁场下柱状容器内液态金属流动行为研究
发布时间：2021-03-28 00:28
氧化物弥散强化钢（Oxide dispersion strengthening简称ODS钢）是一种新兴的高温强度,抗辐照性能和耐腐蚀性俱佳的核工业用钢。传统粉末冶金的生产方式在成本及生产效率上的问题较为突出,因此提出了铸造法生产ODS钢的新思路,即:使用惰性气体将纳米粒子喷吹送入钢液→利用高频电磁振荡所产生的空化效应防止纳米粒子的团聚→电磁搅拌的方式使纳米粒子均匀分布。本文基于上述的技术思路对所涉及的反应器内气液两相流行为、不同模式磁场下金属液的流动及气泡行为做了以下几方面研究:1.采用水模拟的方法研究了底吹氩气时水气泡产生过程、气泡直径、运动轨迹、运动速度与吹气量的关系,在本实验条件下捕捉到气泡产生的两个过程,在吹气孔直径为0.3～1.5 mm,吹气量在20～120 ml/min范围内气泡直径随吹气量和吹气孔的增大而增大;本实验条件下气泡的终端速度uT约为250 mm/s,且uT随气泡直径的增大先减小后趋于平稳;在20 ml/min吹气量下液态金属中吹气位置正上方液面正下方范围内为向上最大为30 mm/min的正速度气泡驱动流,在近壁面位置多为最大为-20 mm/min向下的负速度回...
【文章来源】：辽宁科技大学辽宁省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
气泡的三种形态图
1.绪论4的是扁平的气泡，实际观察气泡可能与真正的椭圆形有一定差异，可能存在前后不对称或在上升过程中由于摆动而产生扭曲。球帽形气泡指的是顶部或底部具有较大凹陷的气泡，且气泡不具有对称的特性。本文中将对椭圆形气泡研究。Clift[14]等使用Re，Eo和Mo表征出了气泡形状的关系图表，如图1.2所示展示了不同参数下气泡的形态特征，值得一提的是Bhaga[15]等也做出了一张类似的图表来表征不同参数下气泡的形貌。从图中可以通俗的得出：低Re及Eo时气泡为球形、中Re及Eo时气泡为椭圆形，高Re及Eo时气泡为球帽形。图1.2不同参数下气泡形态Figure1.2Bubblemorphologyunderdifferentparameters气泡的运动轨迹与气泡的大小息息相关，现有文献中的研究表明：当气泡的直径较小时（Re<<1，气泡为圆形）气泡总以直线的方式上升；而椭圆形气泡的运动轨迹会变得不规则，通常会螺旋上升，通常会把高速摄像拍摄的气泡的轨迹称为“之”字形[16]。对于气泡上升轨迹改变的理论研究也很丰富，许多研究者[17-20]对气泡“之”字形上升的物理机制进行了探讨。气泡的运动速度是气泡动力学的重要参数，气泡的终端速度(uT)通常与阻力系数CD相关联，对于不同的Re数有不同的经验公式可供参考。在低雷诺数的两相流中，粘性力和表面张力是主导气泡运动的重要因素，而惯性力可以忽略不记，对于低Re的两相流中，Hadamard-Rybczynski等人给出了清洁液相流和含有杂质的液相流的经验公式：
1.绪论10声波测速仪测量的准确性。1.4.2多普勒超声波测速仪工作原理多普勒超声波测速仪是应用多普勒效应工作的，多普勒效应是由奥地利物理学家多普勒与1842年首先提出的理论，多普勒效应就是距离运动的声源位置不同时声音的频率大小不同的一种现象，具体来说就是在运动的声源的前面声波被压缩的很短频率很高，而在声源的后面时波长就会逐渐变长，频率降低，为了解释超声波测速仪的测速原理，现在假定有一个超声波发射器，超声波发射器发出频率为fe的声波并且假定声波的频率在声速为c的一种介质中稳定不变。在该介质中有一个以速度为v的微小颗粒在运动。当声波的传输方向与粒子的运动方向相反时则认定粒子的速度v为负值，假设粒子的运动轨迹与超声波的传播方向有一个夹角为时，我们可以推导出粒子能够感知到的声波的频率是：cvfffeet1cos=（1.12）图1.3多普勒效应示意图Figure1.3Dopplereffectdiagram如果微小粒子的声阻抗性质与所处的环境介质不同时就会发生一个声波的反射现象，微小粒子本身就会变成一个移动的声源，这时如果有一个超声波接收器接收到这个微小粒子反射回来的声波的话，那么接收器接收到的声波的频率就是：cvfffggr1cos=（1.13）粒子的运动速度要远远小于声波在介质中的传播速度，因此可以忽略二阶项，而超声波发射器与反射信号接收器之间会有一个时间差称为多普勒频移，多普勒频移可以表示为：
【参考文献】：
期刊论文
[1]电磁搅拌钢包内气泡聚并破裂行为[J]. 勾大钊,雷洪,耿佃桥. 东北大学学报(自然科学版). 2018(05)
[2]9Cr-ODS钢中纳米析出相的SAXS和TEM研究[J]. 谢锐,吕铮,卢晨阳,李正元,丁学勇,刘春明. 金属学报. 2016(09)
[3]放电等离子烧结技术制备的纳米结构9Cr-ODS钢及其微观结构分析[J]. 卢晨阳,吕铮,余亮,刘春明. 稀有金属材料与工程. 2016(02)
[4]一种用于驱动金属液的阿基米德型螺旋磁场[J]. 张新德,王晓东,那贤昭,王松伟,倪明玖. 稀有金属材料与工程. 2015(10)
[5]静磁场对熔融液滴振荡变形影响的相场模拟[J]. 石万元,张凤超,田小红,沈骏. 西南交通大学学报. 2015(02)
[6]纳米结构9Cr-ODS钢的制备工艺[J]. 吕铮,胡彭浩,张国玉,田利. 材料与冶金学报. 2015(01)
[7]行波磁场对板坯连铸结晶器内钢水流态的影响[J]. 屠挺生,邓康,张振强,任忠鸣. 上海大学学报(自然科学版). 2015(01)
[8]横向静磁场对电磁悬浮液滴稳定性的影响[J]. 宋其晖,石万元. 物理学报. 2014(24)
[9]ODS钢中纳米氧化物颗粒成分与结构研究[J]. 贺建超,万发荣. 功能材料. 2014(17)
[10]液态金属中气泡上升的超声波测速实验研究与数值模拟[J]. 汪世栋,王增辉,倪明玖. 中国科学院大学学报. 2013(05)
博士论文
[1]螺旋磁场搅拌对合金内在质量影响的模拟与实验研究[D]. 赵倩.大连理工大学 2013
[2]电磁场影响渣金界面反应动力学条件的实验研究[D]. 李炎华.东北大学 2010
[3]移动磁场作用下钢液湍流的大涡模拟及气液两相流行为的研究[D]. 王芳.东北大学 2008
硕士论文
[1]电磁搅拌钢包内钢液混合及气泡聚并破裂行为[D]. 勾大钊.东北大学 2016
[2]均匀竖直磁场作用下气泡在导电流体中运动行为的数值模拟[D]. 田小红.重庆大学 2015
[3]基于旋转磁场、行波磁场电磁搅拌器的数值模拟[D]. 易军.内蒙古科技大学 2014
[4]永磁螺旋磁场驱动金属液体流动的研究[D]. 张新德.钢铁研究总院 2014
[5]末端电磁搅拌磁场分布的数值模拟与实验研究[D]. 郭建设.大连理工大学 2013
[6]永磁螺旋模式磁场驱动金属液流动的研究[D]. 王松伟.钢铁研究总院 2013
[7]单个气泡在液态金属搅拌流场中运动与变形的数值模拟[D]. 宋会玲.大连理工大学 2007
本文编号：3104525
【文章来源】：辽宁科技大学辽宁省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
气泡的三种形态图
1.绪论4的是扁平的气泡，实际观察气泡可能与真正的椭圆形有一定差异，可能存在前后不对称或在上升过程中由于摆动而产生扭曲。球帽形气泡指的是顶部或底部具有较大凹陷的气泡，且气泡不具有对称的特性。本文中将对椭圆形气泡研究。Clift[14]等使用Re，Eo和Mo表征出了气泡形状的关系图表，如图1.2所示展示了不同参数下气泡的形态特征，值得一提的是Bhaga[15]等也做出了一张类似的图表来表征不同参数下气泡的形貌。从图中可以通俗的得出：低Re及Eo时气泡为球形、中Re及Eo时气泡为椭圆形，高Re及Eo时气泡为球帽形。图1.2不同参数下气泡形态Figure1.2Bubblemorphologyunderdifferentparameters气泡的运动轨迹与气泡的大小息息相关，现有文献中的研究表明：当气泡的直径较小时（Re<<1，气泡为圆形）气泡总以直线的方式上升；而椭圆形气泡的运动轨迹会变得不规则，通常会螺旋上升，通常会把高速摄像拍摄的气泡的轨迹称为“之”字形[16]。对于气泡上升轨迹改变的理论研究也很丰富，许多研究者[17-20]对气泡“之”字形上升的物理机制进行了探讨。气泡的运动速度是气泡动力学的重要参数，气泡的终端速度(uT)通常与阻力系数CD相关联，对于不同的Re数有不同的经验公式可供参考。在低雷诺数的两相流中，粘性力和表面张力是主导气泡运动的重要因素，而惯性力可以忽略不记，对于低Re的两相流中，Hadamard-Rybczynski等人给出了清洁液相流和含有杂质的液相流的经验公式：
1.绪论10声波测速仪测量的准确性。1.4.2多普勒超声波测速仪工作原理多普勒超声波测速仪是应用多普勒效应工作的，多普勒效应是由奥地利物理学家多普勒与1842年首先提出的理论，多普勒效应就是距离运动的声源位置不同时声音的频率大小不同的一种现象，具体来说就是在运动的声源的前面声波被压缩的很短频率很高，而在声源的后面时波长就会逐渐变长，频率降低，为了解释超声波测速仪的测速原理，现在假定有一个超声波发射器，超声波发射器发出频率为fe的声波并且假定声波的频率在声速为c的一种介质中稳定不变。在该介质中有一个以速度为v的微小颗粒在运动。当声波的传输方向与粒子的运动方向相反时则认定粒子的速度v为负值，假设粒子的运动轨迹与超声波的传播方向有一个夹角为时，我们可以推导出粒子能够感知到的声波的频率是：cvfffeet1cos=（1.12）图1.3多普勒效应示意图Figure1.3Dopplereffectdiagram如果微小粒子的声阻抗性质与所处的环境介质不同时就会发生一个声波的反射现象，微小粒子本身就会变成一个移动的声源，这时如果有一个超声波接收器接收到这个微小粒子反射回来的声波的话，那么接收器接收到的声波的频率就是：cvfffggr1cos=（1.13）粒子的运动速度要远远小于声波在介质中的传播速度，因此可以忽略二阶项，而超声波发射器与反射信号接收器之间会有一个时间差称为多普勒频移，多普勒频移可以表示为：
【参考文献】：
期刊论文
[1]电磁搅拌钢包内气泡聚并破裂行为[J]. 勾大钊,雷洪,耿佃桥. 东北大学学报(自然科学版). 2018(05)
[2]9Cr-ODS钢中纳米析出相的SAXS和TEM研究[J]. 谢锐,吕铮,卢晨阳,李正元,丁学勇,刘春明. 金属学报. 2016(09)
[3]放电等离子烧结技术制备的纳米结构9Cr-ODS钢及其微观结构分析[J]. 卢晨阳,吕铮,余亮,刘春明. 稀有金属材料与工程. 2016(02)
[4]一种用于驱动金属液的阿基米德型螺旋磁场[J]. 张新德,王晓东,那贤昭,王松伟,倪明玖. 稀有金属材料与工程. 2015(10)
[5]静磁场对熔融液滴振荡变形影响的相场模拟[J]. 石万元,张凤超,田小红,沈骏. 西南交通大学学报. 2015(02)
[6]纳米结构9Cr-ODS钢的制备工艺[J]. 吕铮,胡彭浩,张国玉,田利. 材料与冶金学报. 2015(01)
[7]行波磁场对板坯连铸结晶器内钢水流态的影响[J]. 屠挺生,邓康,张振强,任忠鸣. 上海大学学报(自然科学版). 2015(01)
[8]横向静磁场对电磁悬浮液滴稳定性的影响[J]. 宋其晖,石万元. 物理学报. 2014(24)
[9]ODS钢中纳米氧化物颗粒成分与结构研究[J]. 贺建超,万发荣. 功能材料. 2014(17)
[10]液态金属中气泡上升的超声波测速实验研究与数值模拟[J]. 汪世栋,王增辉,倪明玖. 中国科学院大学学报. 2013(05)
博士论文
[1]螺旋磁场搅拌对合金内在质量影响的模拟与实验研究[D]. 赵倩.大连理工大学 2013
[2]电磁场影响渣金界面反应动力学条件的实验研究[D]. 李炎华.东北大学 2010
[3]移动磁场作用下钢液湍流的大涡模拟及气液两相流行为的研究[D]. 王芳.东北大学 2008
硕士论文
[1]电磁搅拌钢包内钢液混合及气泡聚并破裂行为[D]. 勾大钊.东北大学 2016
[2]均匀竖直磁场作用下气泡在导电流体中运动行为的数值模拟[D]. 田小红.重庆大学 2015
[3]基于旋转磁场、行波磁场电磁搅拌器的数值模拟[D]. 易军.内蒙古科技大学 2014
[4]永磁螺旋磁场驱动金属液体流动的研究[D]. 张新德.钢铁研究总院 2014
[5]末端电磁搅拌磁场分布的数值模拟与实验研究[D]. 郭建设.大连理工大学 2013
[6]永磁螺旋模式磁场驱动金属液流动的研究[D]. 王松伟.钢铁研究总院 2013
[7]单个气泡在液态金属搅拌流场中运动与变形的数值模拟[D]. 宋会玲.大连理工大学 2007
本文编号：3104525
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jinshugongy/3104525.html
教材专著
