电磁制动下CSP连铸结晶器内流动与传热RANS和LES模拟

发布时间：2020-06-11 05:57

【摘要】：本文以涟钢CSP(Compact Strip Production)薄板坯连铸结晶器为对象建立了流-热-凝固-磁场耦合的三维数值仿真模型,通过采用两种湍流模型系统模拟分析研究了CSP薄板坯连铸结晶器内流场、温度场随拉速、断面宽度、浸入式水口(SEN)浸深及电磁制动(EMBr)电流强度等工况条件改变的规律。本文分为四部分,首先利用雷诺时均模型方法(RANS)计算分析了无电磁制动下结晶器内的流场、温度场,结果表明:无电磁制动时,结晶器内水口出口钢液射流对窄边冲击强度较大,不利于凝固坯壳的成长;上返流涡心位置距离液面较近,造成液面波动较大、保护渣渣卷入的机率增加。第二部分采用雷诺时均方法计算了结晶器内钢液在电磁制动作用下的流场、温度场,结果表明电磁制动能显著改善结晶器内流股流动状态;有效抑制水口出流速度,使结晶器液面处钢液速度降低,而温度提高。对于断面宽度为920mm、浸深120mm、拉速为5.1m/min时结晶器的液面最大速度降低14%左右,而液面最大温度提升5oC左右。本文第三部分应用大涡模拟方法(LES)计算了结晶器内钢液在电磁制动作用下的流场、涡量场,结果表明:CSP连铸结晶器内的强湍流流动的紊流特性,使结晶器内流动表现为非对称性流动状态,并且其不对称性随着拉速提高而愈趋明显;结晶器内水口下方的回流区存在三种典型形态:“左旋”(逆时针)、“右旋”(顺时针)和“双旋”;壁面的粘附特性是涡量产生的主要来源,并且在随着流动向前发展中逐渐耗散,而电磁制动对结晶器内流动的涡量耗散具有重要影响,较强磁场有利于涡量在较短距离内耗散殆尽,能减轻结晶器内流动的不对称性,但不能使其消除。本文最后从亚格子过滤尺度、结晶器中心面上湍流涡量的耗散、结晶器流向上各截面的湍流涡量的耗散三个方面比较了大涡模拟方法和雷诺时均方法的特点和区别,结果表明,RANS方法只能提供平均运动结果,而LES方法较RANS能提供更接近真实物理场值的模拟结果,LES方法模拟结果与水模实验结果一致,并且计算的准确性与亚格子力过滤尺度的大小有关。
【图文】：

薄板坯连铸连轧（Thin slab casting and rolling，TSCR）技术[1-3]的形成和发展促使了连铸工艺与连轧工艺之间的紧密联系，充分发挥了连铸高拉速的特点，节约了一定的建设和生产费用[4-6]。因此各大企业逐渐认识到薄板坯连铸工艺流程更短（如图 1.1），能耗更低，生产效率更高的和生产周期更短的优点，因此大力发展薄板坯连铸技术，并因此为企业实现了可观的效益。

值总是随时间上下波动，毫无重复性可言，同样，，空间中所测的速度分布也是不可重复的。图 1.2 所示为圆管湍流试验中，中心线上的某点的流向速度随时间的变化。图中可知，两次采集结果都极不规则，毫无重复性可言。
【学位授予单位】：辽宁科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TF341.6

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本文编号：2707473