非晶锆合金薄板连铸射流冷却流场与温度场的研究
发布时间：2021-06-13 02:48
非晶锆合金作为一种新型材料,具有高硬度、高强度、低弹性模量和优异的耐腐蚀能力等优点,有广泛的应用前景。为实现非晶锆合金板材的连续制备,课题组自主发明一种以射流冷却为冷却方式的双带式非晶锆合金连铸机。在射流冷却的过程中,需要保证非晶锆合金形成的冷却速率,同时实现换热壁面的均匀冷却,本文对非晶锆合金连铸机的射流冷却过程进行了研究。以Martin等人的实验为基础,分别采用不同的湍流模型对射流冷却流场进行计算,得出SST k-ω湍流模型可以对射流冷却流场进行良好的预测。采用SST k-ω湍流模型,建立非晶锆合金连铸机射流冷却热流耦合模型,分析喷射速度、喷嘴间距、喷嘴直径和喷嘴高度在不同的参数取值下,冲击壁面努塞尔数及努塞尔数变异系数的变化规律。随着上述四个因素取值的增大,均不同程度的增大了壁面的努塞尔数,即增强了壁面的换热强度,但过高的喷嘴高度会造成相邻两股射流的相吸,使流场不稳定;随着喷射速度和喷嘴直径的增大,喷嘴间距及喷嘴高度的减小可以降低壁面努塞尔数的变异系数,即提高了壁面换热的均匀性,但喷嘴间距过小容易使流场发生卷吸,使流场混乱,不利于冷却的进行。以提高壁面换热的均匀性为目的,通过正交...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
计算模型网格划分对网格模型进行压力求解，稳态计算，采用Simple压力与速度的耦合算法，壁
氩气做为冷却介质，由于射流速度较快，其热物性参数取值定为常数，取值为：比热 520.64 J·kg-1·℃-1，密度为 1.6228 kg·m-1，导热系数为 0.01581 1W m ℃ 。3.4 网格无关性检验3.4.1 几何模型及边界条件以图 3-6 的模型为例，对计算区域的网格进行无关性检验，几何模型的具体参数为：钢带、铸坯的宽度为 160mm，铸坯厚度为 4mm，由于冷却上下同时进行，取铸坯厚的一半进行建模，钢带厚度为 0.15mm；喷嘴直径为 5mm；喷嘴底端距钢带的距离为 20mm，即喷嘴高度；喷嘴间距为 50mm。图 3-7 为几何模型的网格图示意图，网格模型以钢带上表面最左端为原点建模。针对射流冲击的特点，射流冲击在壁面的耦合处形成壁面射流，为了数值模拟的准确性，对几何模型的射流入口处及冲击壁面耦合的流场区域进行网格加密处理，在几何模型的其他位置进行适量的网格划分。
- 29 -d)喷速为 70m/s 时的速度矢量图图 4-3 不同喷速下的速度矢量对于射流冲击问题，换热强度的提升是一方面，针对非晶锆合金的形成，换热强度越大越有利于非晶锆合金的形成。然而壁面的换热均匀性也是不可缺少的一部分。对于连铸而言，铸坯表面换热的均匀性有利于避免出现铸坯缺陷，提高铸坯的质量，本设备对于非晶锆合金的连铸也不例外。为此本文采用计算钢带表面努塞尔数的变异系数NuC 来表征壁面换热的均匀性。变异系数是描述数据离散程度的一个无量纲值。与其他表达离散程度的量度而言，可以对不同几组数据进行比较，如标准差只有当几组数据的平均值相同时才能对数据进行分析。壁面努塞尔数的变异系数公式为
【参考文献】：
期刊论文
[1]大块非晶合金研究进展[J]. 王立强,翟慎秋,丁锐,刘俊成. 铸造技术. 2017(02)
[2]阵列空气射流传热均匀性问题的数值研究[J]. 马朝,严超,曹学伟,文哲希,何雅玲. 工程热物理学报. 2016(11)
[3]航天器高热流射流冷却技术研究综述[J]. 朱丽瑶,曹建光,董丽宁,徐涛. 上海航天. 2016(02)
[4]多排密集圆孔气体冲击射流换热的实验研究[J]. 陈晓丹,刘华飞,李伟. 工业炉. 2016(02)
[5]正交试验设计的应用及分析[J]. 王玄静. 兰州文理学院学报(自然科学版). 2016(01)
[6]非晶合金的性能与应用[J]. 赵春志,蒋武锋,郝素菊,张玉柱,高春群. 南方金属. 2015(02)
[7]单圆孔气体冲击射流冷却高温钢板瞬态传热特性[J]. 周钢,温治,豆瑞锋,刘思强,李志,冯霄红. 金属热处理. 2014(04)
[8]电子器件散热及冷却的发展现状研究[J]. 郭磊. 低温与超导. 2014(02)
[9]射流换热传热特性数值研究[J]. 周丽铭,朱磊,赵竞全,郑萌. 飞机设计. 2014(01)
[10]非晶态物质的本质和特性[J]. 汪卫华. 物理学进展. 2013(05)
博士论文
[1]锆基块体非晶合金的制备和腐蚀性能[D]. 聂西鹏.浙江大学 2012
[2]Zr基块体非晶合金室温塑性变形与摩擦磨损行为研究[D]. 吴宏.中南大学 2011
硕士论文
[1]锆基块体非晶合金的制备与热塑成形研究[D]. 宋新翔.南京理工大学 2017
[2]锆基非晶合金的连铸工艺研究[D]. 刘安法.山东理工大学 2015
[3]带有两个出口的阵列射流冲击冷却换热特性数值模拟研究[D]. 朱帅.中国民航大学 2014
[4]冲击冷却流动与换热特性的数值模拟研究[D]. 陈昌将.哈尔滨工程大学 2012
[5]Zr基块体非晶合金铸造凝固过程的数值模拟[D]. 郝秋红.燕山大学 2010
本文编号：3226834
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
计算模型网格划分对网格模型进行压力求解，稳态计算，采用Simple压力与速度的耦合算法，壁
氩气做为冷却介质，由于射流速度较快，其热物性参数取值定为常数，取值为：比热 520.64 J·kg-1·℃-1，密度为 1.6228 kg·m-1，导热系数为 0.01581 1W m ℃ 。3.4 网格无关性检验3.4.1 几何模型及边界条件以图 3-6 的模型为例，对计算区域的网格进行无关性检验，几何模型的具体参数为：钢带、铸坯的宽度为 160mm，铸坯厚度为 4mm，由于冷却上下同时进行，取铸坯厚的一半进行建模，钢带厚度为 0.15mm；喷嘴直径为 5mm；喷嘴底端距钢带的距离为 20mm，即喷嘴高度；喷嘴间距为 50mm。图 3-7 为几何模型的网格图示意图，网格模型以钢带上表面最左端为原点建模。针对射流冲击的特点，射流冲击在壁面的耦合处形成壁面射流，为了数值模拟的准确性，对几何模型的射流入口处及冲击壁面耦合的流场区域进行网格加密处理，在几何模型的其他位置进行适量的网格划分。
- 29 -d)喷速为 70m/s 时的速度矢量图图 4-3 不同喷速下的速度矢量对于射流冲击问题，换热强度的提升是一方面，针对非晶锆合金的形成，换热强度越大越有利于非晶锆合金的形成。然而壁面的换热均匀性也是不可缺少的一部分。对于连铸而言，铸坯表面换热的均匀性有利于避免出现铸坯缺陷，提高铸坯的质量，本设备对于非晶锆合金的连铸也不例外。为此本文采用计算钢带表面努塞尔数的变异系数NuC 来表征壁面换热的均匀性。变异系数是描述数据离散程度的一个无量纲值。与其他表达离散程度的量度而言，可以对不同几组数据进行比较，如标准差只有当几组数据的平均值相同时才能对数据进行分析。壁面努塞尔数的变异系数公式为
【参考文献】：
期刊论文
[1]大块非晶合金研究进展[J]. 王立强,翟慎秋,丁锐,刘俊成. 铸造技术. 2017(02)
[2]阵列空气射流传热均匀性问题的数值研究[J]. 马朝,严超,曹学伟,文哲希,何雅玲. 工程热物理学报. 2016(11)
[3]航天器高热流射流冷却技术研究综述[J]. 朱丽瑶,曹建光,董丽宁,徐涛. 上海航天. 2016(02)
[4]多排密集圆孔气体冲击射流换热的实验研究[J]. 陈晓丹,刘华飞,李伟. 工业炉. 2016(02)
[5]正交试验设计的应用及分析[J]. 王玄静. 兰州文理学院学报(自然科学版). 2016(01)
[6]非晶合金的性能与应用[J]. 赵春志,蒋武锋,郝素菊,张玉柱,高春群. 南方金属. 2015(02)
[7]单圆孔气体冲击射流冷却高温钢板瞬态传热特性[J]. 周钢,温治,豆瑞锋,刘思强,李志,冯霄红. 金属热处理. 2014(04)
[8]电子器件散热及冷却的发展现状研究[J]. 郭磊. 低温与超导. 2014(02)
[9]射流换热传热特性数值研究[J]. 周丽铭,朱磊,赵竞全,郑萌. 飞机设计. 2014(01)
[10]非晶态物质的本质和特性[J]. 汪卫华. 物理学进展. 2013(05)
博士论文
[1]锆基块体非晶合金的制备和腐蚀性能[D]. 聂西鹏.浙江大学 2012
[2]Zr基块体非晶合金室温塑性变形与摩擦磨损行为研究[D]. 吴宏.中南大学 2011
硕士论文
[1]锆基块体非晶合金的制备与热塑成形研究[D]. 宋新翔.南京理工大学 2017
[2]锆基非晶合金的连铸工艺研究[D]. 刘安法.山东理工大学 2015
[3]带有两个出口的阵列射流冲击冷却换热特性数值模拟研究[D]. 朱帅.中国民航大学 2014
[4]冲击冷却流动与换热特性的数值模拟研究[D]. 陈昌将.哈尔滨工程大学 2012
[5]Zr基块体非晶合金铸造凝固过程的数值模拟[D]. 郝秋红.燕山大学 2010
本文编号：3226834
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jinshugongy/3226834.html
教材专著
