低真空状态下射流冲击熔池两相流行为模拟研究
发布时间：2022-10-06 20:33
随着市场对超低碳洁净钢的需求日益增大,RH真空吹氧技术迅速发展,该技术已成为生产高品质超低碳洁净钢的的核心,但由于缺乏真空状态下射流冲击高温熔体的基础理论研究,致使多数RH真空用氧枪及相关工艺依赖进口。因此,开展真空状态下超音速氧气射流冲击钢液的两相流研究,揭示冲击过程气液界面现象,为现场实际过程的了解提供理论基础,将有助于RH用氧设备和技术的国产化。本文在对气液两相流特征深入分析的基础上,构建出能够描述高密度差两相流的模拟算法,基于VOF两相流模型模拟分析氧气超音速射流冲击钢液面的界面不稳定性及其引起的液面变形、喷溅和液滴的行为,探讨不同马赫数氧气射流冲击熔池时凹坑形状、熔池内部运动及喷溅行为,以揭示真空状态下氧射流冲击对熔体所产生的规律,为RH氧枪结构尺寸的确定、喷吹工艺的制定提供理论依据,以实现RH的高效安全生产。通过以上研究,得出结论如下:（1）鉴于真空状态下超音速气体射流冲击钢液是一个高温复杂多相反应过程,采用气相与液相直接耦合的模拟算法收敛极其困难。本文对算法做出了改进,采用分区域模拟计算法,并通过文献中的实验结果与本文中模拟结果进行对比验证了模拟方法的可行性。（2）开尔文...
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
中文摘要
ABSTRACT
1.绪论
1.1 引言
1.2 RH真空精炼技术
1.2.1 RH真空精炼技术原理
1.2.2 RH真空精炼技术的发展
1.3 射流冲击熔池两相流行为研究现状
1.3.1 基于冲击坑形貌的研究现状
1.3.2 基于熔池内部运动的研究现状
1.3.3 基于液面变形与熔池内部联系的研究现状
1.4 研究方法
1.4.1 物理模拟法
1.4.2 数值模拟法
1.5 本课题研究内容
2.气液两相流数学模型及算法研究
2.1 模型尺寸及计算参数
2.2 气液两相流数学模型建立
2.2.1 模型假设
2.2.2 控制方程
2.2.3 多相流模型
2.2.4 湍流模型
2.3 边界条件及求解方法
2.3.1 边界条件
2.3.2 求解方法
2.4 模拟算法的探讨
2.4.1 模拟算法的选择
2.4.2 模拟算法的验证
2.5 网格无关性检验
2.6 本章小结
3.真空环境下氧射流冲击钢液面两相流行为模拟研究
3.1 真空环境下气液界面失稳行为的模拟研究
3.2 不同滞止压力下气液两相流相互作用模拟研究
3.2.1 滞止压力对气液界面行为的影响
3.2.2 滞止压力对熔池内部的影响
3.3 不同枪位下气液两相流相互作用模拟分析
3.3.1 枪位对气液界面行为的影响
3.3.2 枪位对熔池内部运动特征的影响
3.4 不同真空度下气液两相流相互作用模拟分析
3.4.1 真空度对气液界面行为的影响
3.4.2 真空度对熔池内部运动特征的影响
3.5 本章小结
4.不同马赫数氧射流冲击钢液面两相流行为研究
4.1 模型的建立
4.2 马赫数对冲击坑形状的影响
4.2.1 马赫数对冲击坑深度的影响
4.2.2 马赫数对冲击坑直径的影响
4.3 马赫数对喷溅行为的影响
4.4 马赫数对熔池内部流动的影响
4.5 马赫数对界面含气率的影响
4.6 本章小结
5.结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]复吹转炉顶吹枪位与非均衡底吹搅拌的水模拟[J]. 蔡俊,曾加庆,梁强. 中国冶金. 2019(10)
[2]基于数值模拟的110 t复吹转炉氧枪优化研究[J]. 陈兴华,胡志勇,朱荣,刘福海,姚柳洁,冯强. 工业加热. 2019(04)
[3]邯钢260 t转炉吹炼工艺的水力学模拟及应用[J]. 董进强,高福彬,李建文,王玉生. 河南冶金. 2019(03)
[4]高供氧压力下高马赫数氧枪数值模拟[J]. 张燕超,张彩军,朱立光,周泉林. 钢铁. 2019(05)
[5]六孔氧枪喷射对转炉流体流动影响的数值模拟研究[J]. 马浩冉,朱荣,姚柳洁,丁立丰. 工业加热. 2018(04)
[6]转炉喷溅的机理及控制措施[J]. 张启明. 福建冶金. 2018(01)
[7]300t顶底复吹转炉氧枪枪位的水模型研究和应用[J]. 闫心怡,沈明钢,冯超. 特殊钢. 2018(01)
[8]100 t顶底复吹转炉氧枪喷头优化的试验研究[J]. 王鹏,印传磊,吴伟,崔怀周,李相臣,郑力宁. 炼钢. 2017(06)
[9]转炉喷溅产生原因及控制技术[J]. 任宏伟,周德馨. 天津冶金. 2017(03)
[10]四孔氧枪顶吹转炉的三相流流场数值模拟[J]. 王杰杰,陈伟. 钢铁钒钛. 2016(03)
博士论文
[1]冶金反应器内多相流动数值模拟[D]. 冯孔方.上海大学 2017
[2]RH真空精炼过程的气液两相流动及脱氢行为研究[D]. 朱博洪.重庆大学 2017
[3]RH真空精炼过程气液两相流动行为及气泡驱动效率的研究[D]. 韩杰.东北大学 2014
[4]顶底复吹转炉内气液两相流行为的模拟研究[D]. 李勇.东北大学 2013
硕士论文
[1]多孔氧枪射流行为及与熔池相互作用的研究[D]. 成琳.辽宁科技大学 2019
[2]120吨顶底复吹转炉水力学模型优化研究[D]. 杨晨.辽宁科技大学 2016
[3]RH真空精炼喷吹工艺参数优化的物理模型研究[D]. 屠浩.武汉科技大学 2015
[4]转炉氧枪超音速射流行为及其与熔池相互作用的数值模拟[D]. 武浩.东北大学 2013
本文编号：3687362
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
中文摘要
ABSTRACT
1.绪论
1.1 引言
1.2 RH真空精炼技术
1.2.1 RH真空精炼技术原理
1.2.2 RH真空精炼技术的发展
1.3 射流冲击熔池两相流行为研究现状
1.3.1 基于冲击坑形貌的研究现状
1.3.2 基于熔池内部运动的研究现状
1.3.3 基于液面变形与熔池内部联系的研究现状
1.4 研究方法
1.4.1 物理模拟法
1.4.2 数值模拟法
1.5 本课题研究内容
2.气液两相流数学模型及算法研究
2.1 模型尺寸及计算参数
2.2 气液两相流数学模型建立
2.2.1 模型假设
2.2.2 控制方程
2.2.3 多相流模型
2.2.4 湍流模型
2.3 边界条件及求解方法
2.3.1 边界条件
2.3.2 求解方法
2.4 模拟算法的探讨
2.4.1 模拟算法的选择
2.4.2 模拟算法的验证
2.5 网格无关性检验
2.6 本章小结
3.真空环境下氧射流冲击钢液面两相流行为模拟研究
3.1 真空环境下气液界面失稳行为的模拟研究
3.2 不同滞止压力下气液两相流相互作用模拟研究
3.2.1 滞止压力对气液界面行为的影响
3.2.2 滞止压力对熔池内部的影响
3.3 不同枪位下气液两相流相互作用模拟分析
3.3.1 枪位对气液界面行为的影响
3.3.2 枪位对熔池内部运动特征的影响
3.4 不同真空度下气液两相流相互作用模拟分析
3.4.1 真空度对气液界面行为的影响
3.4.2 真空度对熔池内部运动特征的影响
3.5 本章小结
4.不同马赫数氧射流冲击钢液面两相流行为研究
4.1 模型的建立
4.2 马赫数对冲击坑形状的影响
4.2.1 马赫数对冲击坑深度的影响
4.2.2 马赫数对冲击坑直径的影响
4.3 马赫数对喷溅行为的影响
4.4 马赫数对熔池内部流动的影响
4.5 马赫数对界面含气率的影响
4.6 本章小结
5.结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]复吹转炉顶吹枪位与非均衡底吹搅拌的水模拟[J]. 蔡俊,曾加庆,梁强. 中国冶金. 2019(10)
[2]基于数值模拟的110 t复吹转炉氧枪优化研究[J]. 陈兴华,胡志勇,朱荣,刘福海,姚柳洁,冯强. 工业加热. 2019(04)
[3]邯钢260 t转炉吹炼工艺的水力学模拟及应用[J]. 董进强,高福彬,李建文,王玉生. 河南冶金. 2019(03)
[4]高供氧压力下高马赫数氧枪数值模拟[J]. 张燕超,张彩军,朱立光,周泉林. 钢铁. 2019(05)
[5]六孔氧枪喷射对转炉流体流动影响的数值模拟研究[J]. 马浩冉,朱荣,姚柳洁,丁立丰. 工业加热. 2018(04)
[6]转炉喷溅的机理及控制措施[J]. 张启明. 福建冶金. 2018(01)
[7]300t顶底复吹转炉氧枪枪位的水模型研究和应用[J]. 闫心怡,沈明钢,冯超. 特殊钢. 2018(01)
[8]100 t顶底复吹转炉氧枪喷头优化的试验研究[J]. 王鹏,印传磊,吴伟,崔怀周,李相臣,郑力宁. 炼钢. 2017(06)
[9]转炉喷溅产生原因及控制技术[J]. 任宏伟,周德馨. 天津冶金. 2017(03)
[10]四孔氧枪顶吹转炉的三相流流场数值模拟[J]. 王杰杰,陈伟. 钢铁钒钛. 2016(03)
博士论文
[1]冶金反应器内多相流动数值模拟[D]. 冯孔方.上海大学 2017
[2]RH真空精炼过程的气液两相流动及脱氢行为研究[D]. 朱博洪.重庆大学 2017
[3]RH真空精炼过程气液两相流动行为及气泡驱动效率的研究[D]. 韩杰.东北大学 2014
[4]顶底复吹转炉内气液两相流行为的模拟研究[D]. 李勇.东北大学 2013
硕士论文
[1]多孔氧枪射流行为及与熔池相互作用的研究[D]. 成琳.辽宁科技大学 2019
[2]120吨顶底复吹转炉水力学模型优化研究[D]. 杨晨.辽宁科技大学 2016
[3]RH真空精炼喷吹工艺参数优化的物理模型研究[D]. 屠浩.武汉科技大学 2015
[4]转炉氧枪超音速射流行为及其与熔池相互作用的数值模拟[D]. 武浩.东北大学 2013
本文编号：3687362
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