收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

薄板坯连铸结晶器非稳态湍流大涡模拟研究

刘中秋  
【摘要】:高拉速导致薄板坯连铸结晶器内钢液处于强烈的非稳态湍动状态,而钢液的湍动状态决定钢液内夹杂物分布和钢坯凝固质量。随着工业界对钢的纯净度要求的不断提高,必须深入了解连铸结晶器内钢液的流场特征及湍流特性分布。 雷诺时均k-ε模型发展已经相当成熟,但是它是将控制方程对时间做平均,得到的是稳定态结果,即使求解非稳态过程,当时间达到一定数值后,其结果也不再发生变化(即达到稳态)。直接数值模拟一直受到计算机容量的限制,目前只能用于求解低Re数和理想边界条件下的流动。大涡模拟对大尺度量通过求解微分方程直接计算,而把小尺度量过滤掉,这些过滤掉的小尺度量在运动方程中表现为亚格子雷诺应力,它们将通过模型来模拟。目前,大涡模拟在均匀湍流和自由剪切流的应用上已得到了很好的验证。 板坯探伤缺陷检测结果显示,缺陷呈现非对称分布,并具有一定的规律性。以往采用雷诺时均模型得到的结晶器内流场呈现对称分布,并不能解释探伤缺陷,采用直接模拟结晶器中的流场又有计算机容量的限制,所以大涡模拟方法的优越性得以体现。 国内外的一些学者曾利用大涡模拟计算了结晶器内的湍流流动,但碍于计算机容量和对大涡模拟满足条件的认识不足,其结果并没有很好的反映结晶器内的实际流动。 本文率先采用了能够满足大涡模拟对网格尺寸要求的精细网格,构建了一种计算非稳态湍流场的大涡模拟模型,利用粒子成像测速仪(PIV)的测试结果、超声波探伤结果和雷诺时均模拟(RANS,k-ε模型)结果验证了本模型的可靠性,并利用此模型得到了薄板坯连铸结晶器内非稳态湍流场的运动规律。 研究结果表明,即使水口完全对中,结晶器内的湍流分布也是不对称的,湍流流动是瞬变的和随机的,明显的特征是漩涡的分布及大小不一致。弯月面速度较小的一侧始终有漩涡存在。随着非稳态时间的发展,结晶器内钢液的偏流呈现周期性反对称分布,周期在20s左右。 流向涡演化的结果给出了大涡拟序结构的形成、发展、脱落和破碎过程。拟序涡和非湍流区之间存在很大的涡量梯度,会发生强烈的涡扩散,从而使非湍流区流体很快溶合到湍流大涡中并参加以后的湍流发展过程。 为提高生产钢坯的质量,本文所研究的漏斗型薄板坯连铸结晶器,最适合的拉坯速度应在5.5m/min左右,拉速过大或过小均不利于钢坯质量的提高。 大涡模拟与雷诺平均模拟相比,前者得到的瞬态湍流流场呈现非对称分布,可以捕捉更多的随机漩涡,对结晶器内的瞬时流场预报更准确,更能反映流动的某些细节,可以更加深刻地认识湍流的本质。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 蒋勇;邱榕;宋崇林;;基于多重条件矩封闭模型的反应羽流大涡模拟[J];燃烧科学与技术;2009年01期
2 李斌;王旭东;;应用大涡模拟对自激振荡腔室特性的研究[J];石油矿场机械;2009年07期
3 秦挺鑫;薛淑艳;;单跑楼梯井内火灾过程的数值模拟[J];中国安全生产科学技术;2009年06期
4 陆时正;陈爱平;李璞;王超;;大涡模拟火源释热率与轰燃时间关系的回归分析[J];科学技术与工程;2010年12期
5 蔡旭晖,陈家宜;对流边界层相对扩散的大涡模拟研究[J];环境科学学报;2000年S1期
6 郑建祥,刘文铁,赵云华,赵修建,陆慧林;分解炉内气固两相流动特性的数值模拟[J];硅酸盐学报;2005年07期
7 余熙;刘梅;卫宏远;;应用大涡模拟对水平管道进行流场分析[J];天津大学学报;2007年03期
8 孙明波;梁剑寒;王振国;;湍流燃烧亚格子线性涡模型研究[J];燃烧科学与技术;2007年02期
9 赵宏强;蒋海华;谢武装;;基于大涡模拟的旋风分离器内流场数值模拟研究[J];环境工程学报;2009年04期
10 王静,王恩元;浅谈大空间火灾烟气运动规律的计算机模拟[J];消防科学与技术;2005年S1期
11 张艳红;杨超;毛在砂;;大涡模拟搅拌槽中的液相流动[J];化工学报;2007年10期
12 武红梅;周允基;郜冶;;单侧缝竖形槽道内的火旋风中心区域特性[J];哈尔滨工程大学学报;2010年03期
13 赵宏强;郭艳;蒋海华;;旋风分离器内速度场的数值模拟研究[J];现代制造工程;2010年04期
14 潘徐杰;张怀新;孙学尧;;基于大涡模拟的移动粒子半隐式法研究[J];力学学报;2011年03期
15 张鸿雁,陈晓春,王元;内置翼片管式静态混合器混合效果的大涡模拟[J];西安交通大学学报;2005年07期
16 王文丽;周力行;李荣先;;燃料环缝进口的丙烷-空气旋流扩散燃烧的LES-EBU和RANS-SOM模拟的比较[J];化工学报;2006年10期
17 邹罗明;郭印诚;;直方槽道中重力对颗粒相二次流的影响[J];计算机与应用化学;2007年04期
18 汪新;K.F.McNamara;;大涡模拟建筑物对近源大气污染物扩散的影响[J];应用力学学报;2007年02期
19 席学军;邓云峰;;含硫气井的公众防护距离的判定法则研究[J];中国安全生产科学技术;2008年03期
20 王亮;苏石川;聂宇宏;顾祥;;船舶机舱火灾中回燃现象的数值计算与分析[J];舰船科学技术;2009年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 苗世光;蒋维楣;;城市边界层大涡模拟初步研究[A];新世纪气象科技创新与大气科学发展——中国气象学会2003年年会“城市气象与科技奥运”分会论文集[C];2003年
2 张凯杨;许春晓;崔桂香;张兆顺;;平面射流及标量扩散的大涡模拟[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
3 周磊;徐春龙;柳贺;韩君;;4气门柴油机进气及喷雾过程的大涡模拟研究[A];第十七届全国大功率柴油机学术年会论文集[C];2011年
4 陆夕云;庄礼贤;;热分层剪切湍流大涡模拟动力学亚格子尺度模型[A];全国流体力学青年研讨会论文集[C];2001年
5 陈建国;符松;;综合体育馆假想火灾的数值模拟[A];计算流体力学研究进展——第十一届全国计算流体力学会议论文集[C];2002年
6 杨庆山;李启;;亚格子模型在钝体绕流大涡模拟中的比较[A];第十四届全国结构风工程学术会议论文集(下册)[C];2009年
7 刘奕;郭印诚;张会强;王希麟;林文漪;;不同速度比下平面射流拟序结构发展过程的大涡模拟[A];自然、工业与流动——第六届全国流体力学学术会议论文集[C];2001年
8 王永康;石磊;刘向军;;循环流化床内气相流动的大涡模拟研究[A];冶金企业自动化、信息化与创新——全国冶金自动化信息网建网30周年论文集[C];2007年
9 李廷秋;;大涡模拟风浪中动物体的流固耦合问题[A];第二十三届全国水动力学研讨会暨第十届全国水动力学学术会议文集[C];2011年
10 钱炜祺;;可压缩翼型绕流大涡模拟初步研究[A];第十届全国分离流、旋涡和流动控制会议论文集[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张斌;大涡模拟滤波网格分析及网格自适应控制研究与应用[D];上海交通大学;2011年
2 朱伟亮;基于大涡模拟的CFD入口条件及脉动风压模拟研究[D];北京交通大学;2011年
3 关晖;湍流射流的大涡模拟及其动力学特性研究[D];河海大学;2005年
4 李雪松;基于可压缩流方法的大涡模拟及其工程化应用[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2006年
5 周磊;大涡模拟在燃油喷雾过程及多孔介质发动机中应用的研究[D];大连理工大学;2010年
6 刘戈;基于代表性互动小火焰(RIF)模型的内燃机喷雾燃烧大涡模拟研究[D];大连理工大学;2012年
7 邹高万;船舶机舱火灾热流场特性研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
8 白志刚;三维波浪大涡模拟及其对结构的动态效应研究[D];天津大学;2004年
9 宿晓辉;带有植物的河道水流紊流运动大涡模拟[D];大连理工大学;2002年
10 张燕;横流冲击射流涡旋结构的实验和数值研究[D];上海大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨桂芳;基于有限元的连铸圆坯结晶器热力耦合仿真[D];武汉科技大学;2010年
2 郑倩倩;流化床结晶器流场特征与规律的研究[D];天津科技大学;2010年
3 周阳;建筑物脉动风压场大涡模拟入流边界条件的生成研究[D];广东工业大学;2012年
4 胡应明;采用大涡模拟技术发展NAPA软件的分离流动模拟能力[D];南京航空航天大学;2009年
5 孙学尧;基于缓解压力振荡MPS法的数值水池研究[D];上海交通大学;2011年
6 李婧;连铸钢坯的三维有限元分析和结晶器设计[D];大连理工大学;2012年
7 陈向勇;切缝式整体外水冷软接触电磁连铸结晶器的研究[D];浙江大学;2010年
8 梁旭;平壁湍流边界层拟序结构的大涡模拟[D];西安建筑科技大学;2004年
9 肖红林;槽道湍流的大涡模拟[D];天津大学;2004年
10 蔡少武;钢坯连铸结晶器铜管结构模拟优化设计[D];大连理工大学;2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 ;让连铸机“心脏”强健有力[N];中国冶金报;2008年
2 植恒毅 陆岩;奥斯科尔电冶金公司对其2号大方坯连铸机进行现代化改造[N];世界金属导报;2005年
3 ;本钢FTSC薄板坯连铸设备技术先进 品种范围广 产品附加值高[N];世界金属导报;2006年
4 陶少清;钢铁生产新时代[N];世界金属导报;2008年
5 万体娅;开发优质长寿结晶器迫在眉睫[N];中国冶金报;2002年
6 胡忠仁;连铸结晶器设计最新技术──喷水冷却型结晶器[N];世界金属导报;2001年
7 全国炼钢—连铸知识竞赛组委会专家组;特殊钢连铸的技术关键——提高钢液洁净度和铸坯质量[N];中国冶金报;2007年
8 杜胜勇;西马克致力开发先进不锈钢生产工艺[N];中国冶金报;2011年
9 ;乌克兰Interpipe新建130万吨交钥匙工程[N];世界金属导报;2007年
10 ;板坯连铸设备工艺技术升级[N];世界金属导报;2010年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978