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自由表面涡流动现象的数值模拟

能源研究与信息 2018年第1期34卷 43-50页

作者：张霄月杨帆郭雪岩上海理工大学能源与动力工程学院上海200093

为了研究自由表面涡流动规律,采用Fluent软件对这一层流流动现象进行了数值模拟。计算中运用流体体积(VOF)模型处理汽水交界面,得到了自由表面涡的流动结构和演化过程,旋涡发展状态与涡量之间的关系。在自由表面涡形成过程中,流体中心... 详细信息

为了研究自由表面涡流动规律,采用Fluent软件对这一层流流动现象进行了数值模拟。计算中运用流体体积(VOF)模型处理汽水交界面,得到了自由表面涡的流动结构和演化过程,旋涡发展状态与涡量之间的关系。在自由表面涡形成过程中,流体中心区域的涡量随时间不断增大。当涡量达到一定程度时,自由液面处开始出现旋涡,并不断向下延伸直至达到稳定。同时得到了涡核半径、涡核半径处最大切向速度、涡核处环量、涡核内切面速度梯度以及流场中各个速度分量随高度和时间的变化规律。计算结果为了解自由表面涡流动现象提供了一定的参考。

关键词：自由表面涡层流涡量速度分量

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钢包出钢末期漩涡抑制机理探究及防漩设计

金属学报 2018年第7期54卷 959-968页

作者：王强王连钰李宏侠蒋佳伟朱晓伟郭占成赫冀成东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室沈阳110819 北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室北京100083 东北大学冶金学院沈阳110819

为了抑制钢包出钢末期出现的漩涡卷渣现象,进而提高钢液的洁净度和钢材质量,从对漩涡形成影响较大的水口偏心率入手,通过数值模拟和水模型实验,重点分析了不同偏心率条件下漩涡的运动过程和速度场的变化规律。研究发现,通过改变出钢过... 详细信息

为了抑制钢包出钢末期出现的漩涡卷渣现象,进而提高钢液的洁净度和钢材质量,从对漩涡形成影响较大的水口偏心率入手,通过数值模拟和水模型实验,重点分析了不同偏心率条件下漩涡的运动过程和速度场的变化规律。研究发现,通过改变出钢过程中漩涡形成时的速度场分布形式和速度值的大小,可以改变漩涡的运动轨迹和趋势,进而降低漩涡的临界高度,有效抑制漩涡的形成。在此基础上,设计出底部吹气的防漩方法,得到最佳的吹气流量和吹气孔位置。

关键词：洁净钢钢包出钢自由表面涡卷渣漩涡抑制机理

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电磁抑制钢包漩涡的实验及模拟研究

电磁抑制钢包漩涡的实验及模拟研究

作者：赵贵祥辽宁科技大学

学位级别：硕士

钢包出钢过程形成的漩涡使熔渣等非金属夹杂物卷入钢液,导致钢液纯净度降低以及水口耐用度下降等问题。现有的挡渣或防漩技术虽能减少下渣量,但结构复杂,没有从根本上抑制漩涡形成,不能满足现场要求。针对此问题,本文提出一种非接触式... 详细信息

钢包出钢过程形成的漩涡使熔渣等非金属夹杂物卷入钢液,导致钢液纯净度降低以及水口耐用度下降等问题。现有的挡渣或防漩技术虽能减少下渣量,但结构复杂,没有从根本上抑制漩涡形成,不能满足现场要求。针对此问题,本文提出一种非接触式场干扰技术,利用电磁作用降低流体切向速度,抑制漩涡的形成与发展。本文以某钢厂180t钢包为原型,自行搭建水模实验装置,结合数值模拟计算,研究初始液位、初始扰动、水口位置等因素对漩涡形成高度和贯通高度的影响,重点分析磁场强度、磁场方向等参数对钢包漩涡抑制效果及作用机制。水模实验发现,当初始液位超过550mm,对漩涡高度影响很小。静置可以减少钢液的初始扰动,显著降低漩涡高度。数值计算发现,当初始切向速度降至0.01rad/s时,流场核心区域为径向流动,切向速度只存在于壁面附近,漩涡贯通高度最低,是理想的流场分布状态。实验和模拟都表明,与中心水口相比,偏心水口可以有效降低漩涡高度。分析流场发现,两种钢包流场分布差别很大,漩涡形成机制也不同。中心水口只有汇流诱导加速作用,导致切向速度肆意增大。而偏心水口的涡芯从钢包中心迁移到水口中心过程中,高速流体与低速流体不断混合,动量交换及粘滞力作用使切向速度显著降低后趋于稳定。这是偏心水口可以更好抑制漩涡的根本原因。施加磁场实验表明,增大磁场强度,漩涡高度显著降低。改变磁场方向,竖直或水平方向的磁场对漩涡都有抑制作用,竖直方向磁场效果稍好。改变磁极方向,S级向上或N级向上,对漩涡均有抑制作用,S级向上的磁场效果稍好。数值计算发现,空载时,中心水口的洛伦兹力在径向呈对称分布,中心最大,距离钢包中心越远,洛伦兹力越小;切向速度在径向也呈对称分布,且水口区域界面附近的速度远超过水口外部区域。施加磁场后,强度越大,洛伦兹力越大,切向速度分布越平缓。当磁场强度增至1.5T时,切向速度分布接近于理想的无旋汇流涡。

关键词：钢包漩涡自由表面涡电磁作用数值模拟水模实验

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养殖工船养舱流场数值仿真与特性分析

渔业现代化 2022年第5期49卷 24-34页

作者：王银涛李志松郭晓宇崔铭超上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240 上海交通大学水动力学教育部重点实验室上海200240 中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所上海200092

深远海养殖工船游弋式养殖是现代海洋渔业发展的一个重要的方向,数值模拟可为其养舱流场的适渔性评估提供依据。本研究基于OpenFOAM开源软件进行二次开发,建立了考虑进出水循环系统的数值养舱。用控制变量法分析旋涡流场特性与循环流量... 详细信息

深远海养殖工船游弋式养殖是现代海洋渔业发展的一个重要的方向,数值模拟可为其养舱流场的适渔性评估提供依据。本研究基于OpenFOAM开源软件进行二次开发,建立了考虑进出水循环系统的数值养舱。用控制变量法分析旋涡流场特性与循环流量、进水口角度间的关系,采用统计学方法分析速度的概率分布规律。结果显示:实船出现的漩涡现象在数值模拟中得到再现;相同流量情况下,产生漩涡流场的整体速度相较于非漩涡流场有着较大的提升;漩涡流场的整体流速会随着循环流量和进水口角度偏离中心程度的增大而增大。研究表明:进水口的推流作用是漩涡流场形成的重要因素;在速度方面,漩涡流场拥有更好的适渔性,可以通过调整进水口流量和角度来调整养舱内漩涡强度以及流场流速。

关键词：养舱适渔性自由表面涡速度统计 OpenFOAM

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