熔融液滴在冷却剂中的运动特性实验

设计、建立了研究高温熔融液滴与冷却剂相互作用的可视化实验装置,通过高速摄影记录熔融液滴的下落过程,获得了下落小球运动过程曲线,重点考察了液滴温度和冷却剂温度对液滴-冷却剂界面作用过程的影响。结果表明,熔融液滴穿过气-水界面后,将首先经历一个速度骤降-回升过程,之后液滴作减速运动下落;当冷却水温度一定时,高温熔融液滴温度越高,熔融液滴入水后下落速度越快;当熔融液滴温度一定时,冷却水温度越高,熔融液滴入水后下落速度越快。

高温熔融液滴的破碎特性研究

本文采用高速摄影和数字图像处理技术对高温熔融液滴与冷却水作用时的破碎现象进行了研究,用图像技术对高速摄影(1000 fps,512×512象素)照片进行处理,识别液滴破碎后所形成的碎片,并统计出碎片的数目及尺寸分布;还对液滴温度、冲击速度、水温等因素对液滴破碎过程的影响进行了实验研究和分析。研究结果表明,随着实验条件的改变,液滴破碎后的碎片有三种典型形态,冷却水温度对碎片形态有重要影响;碎片的当量直径符合累积高斯分布,分布曲线可用Sigmoid函数表示;冷却水温度越高,冲击高度越大,液滴温度越高,液滴的破碎过程进行得越彻底。

熔融液滴与水作用细粒化实验研究

针对核反应堆发生严重堆芯熔化事故时可能发生的燃料与冷却剂的相互作用以及蒸汽爆炸的复杂过程,对高温熔融金属液滴与水作用的细粒化过程进行了实验研究。对不同工况下实验产物的形状进行了比较分析,并对熔融液滴初始温度、水温、下落高度及材料物性对细粒化过程的影响进行了研究。本文还采用高速摄像仪对熔融液滴的细粒化过程进行了观测。结果表明:熔融液滴初始温度、水温和材料物性对细粒化程度的影响较大;本实验参数范围内下落高度对细粒化程度的影响不大。

高温熔融液滴破碎特性实验研究

对高温熔融液滴在水中的破碎特性进行了实验研究,重点考察和分析了液滴材料的物理化学性质、熔化潜热和熔融液“粘糊状区域”(Mushy Zone)等因素对液滴破碎过程的影响。用共晶和非共晶的铅(Pb)-铋(Bi)合金作为液滴材料,用水作冷却剂,完成了约10个系列的实验工况,分别测量了液滴破碎后碎片的累积质量分布和质量平均尺寸。根据实验结果探讨了液滴材料的焓、熔化潜热、粘性等因素影响液滴变形与破碎过程的规律。

氨内参比法测定尿素熔融液中缩二脲含量

研究了尿素熔融液中缩二脲含量测定时各种消除氨干扰的方法，确定了氨内参比法可作为消除氨干扰的最佳方法，完善了该法应用时的具体操作步骤，建立了一个适用于尿素合成各工段尿液中缩二脲含量测定的简单、快速、准确的分析方法。

高速气流下金属线材熔融液滴形成及脱落过程模拟

在等离子电弧喷涂(Plasma-arc wire spraying)工艺中,高速气流下金属线材的熔融与液滴的形成及脱离直接影响制备涂层的微观结构和质量。为了更好地理解熔滴形成及脱落的规律,本文建立了在高速气流驱动下金属线材熔融形成液滴及脱落过程的数学模型,对熔融金属的物理性质(表面张力、粘度、密度)以及入口流速对熔滴形成及脱落过程的影响分别进行了分析,结果表明表面张力与粘度越大,熔滴的脱落时间越长,主熔滴的脱落半径越大,其中表面张力占主导地位;密度与入口流速越大,熔滴的脱落时间越短,主熔滴的长度越长、脱落半径越大。

熔融液滴与冷却剂相互作用实验中液滴释放控制机构的研制

在高温熔融液滴与冷却剂相互作用的实验中,熔融液滴的释放控制对整个实验起至关重要的作用。本文在以往实验机械控制装置的基础上,自主设计一个自动控制电路来代替人工机械操作,利用控制电路给电磁铁提供瞬时脉冲来控制液滴瞬时释放下落,简化实验的可持续性操作,提高实验的重复性、精确性和操作方便性。

高塔熔体复合肥造粒装置顶部熔融液挂壁原因及解决措施

在高塔熔体复合肥造粒装置中,当造粒喷头严重堵塞时,如果此时系统继续供料,会在造粒塔工作层结构次梁发生熔融液挂壁现象,严重时造粒塔工作层顶部也会出现熔融液挂壁现象,进而酿成事故。为此,在造粒喷头进料盒下部焊接1个环形溢流盘,通过改变熔体的射流方向,可以有效缓解熔融液挂壁现象。

熔融金属液滴热细粒化过程研究

熔融液滴的细粒化是决定燃料与冷却剂相互作用破坏后果的关键过程,它决定最终的热能与动能的转化比,是预测事故后果的重要因素之一。然而目前对该过程中基于本身内能的热细粒化机理尚不清楚。本工作通过单个熔融金属液滴与水相互作用的实验,借助高速摄像系统对熔融液滴的热细粒化现象进行拍摄,观察发现熔融金属液滴与水的相互作用经历了若干次加速膨胀细粒化过程,测量到熔融液滴的细粒化时间为0.8 ms,两次细粒化的时间间隔为0.8 ms,细粒化加速膨胀时间仅为0.4 ms。根据实验观察和分析,提出了一种由熔融液滴与水接触面不稳定沸腾效应引起的热细粒化机理。

激光诱导击穿光谱液态金属成分在线分析仪在线监测熔融铝液中元素成分

目前在冶金及压铸行业,产品成分检测属于实验室离线分析,不能实时指导生产过程,而基于激光诱导击穿光谱(LIBS)技术自主研制的液态金属成分在线分析仪,可在线监测冶金工业现场中熔融金属的组分含量,实时指导生产过程,对提高产品质量和降低能源消耗起到重要作用。首先在研究实验室,利用固体LF6铝合金标准样品系列对LIBS液态金属成分在线分析仪进行了测试,验证了仪器的各项性能指标;随后在压铸车间现场,利用在光谱实验室通过火花放电原子发射光谱仪(Spark-OES)定值得到的现场样品的Si、Fe、Cu、Mn、Ti、Mg元素含量值对LIBS液态金属成分在线分析仪进行了标定;最后现场随机选取10个载有熔融铝液的铝包,采用LIBS进行在线分析,同时取样在光谱实验室进行离线对比分析。分析结果表明:10个熔融铝液样品中,Si、Fe、Cu、Mn、Ti在线分析结果的相对标准偏差(RSD)以2%左右居多,Mg的RSD值波动较大,且以10%左右为主;Si的相对偏差绝对值基本都小于2%,Fe、Cu、Mn、Ti的相对偏差绝对值也基本以小于5%为主,但Mg的相对偏差绝对值以大于20%居多。可见,除Mg元素外,LIBS液态金属成分在线分析仪的测量精密度、准确度都能满足工业现场要求,完全可以实现在线监测熔融铝液的成分,在提高生产效率的同时,降低了能源消耗。但Mg元素的精密度和准确度相对较差,有待进一步研究改进。

基于BP神经网络的熔融锌液流量检测

用神经网络算法建立质量与流量关系数学模型 ,研究称量锌液质量间接测量锌液流量的方法 ,实现锌液流量的在线检测。结果表明 ,平均流量 5 14 4mL/min的情况下 ,测量平均绝对误差为 73mL/min ,相对误差为 1 42 % ,满足实际生产要求的精度要求。研究成果已成功应用于某冶炼厂。

氧化铝涂层在熔融锌液中的腐蚀及热震行为

为了分析陶瓷涂层的失效机制,将带有陶瓷涂层的试件放入到锌液中进行腐蚀,并与热震后的涂层试件进行比较.通过电镜照片的微观分析及x-射线衍射分析得出,腐蚀后涂层与锌液界面处生成了锌铝氧三元化合物ZnO.A l2O3、3ZnO.47A l2O3、4ZnO.11A l2O3等,热震后的试件则出现涂层开裂及脱落现象.对比腐蚀试验和热震试验说明,陶瓷涂层在锌液中腐蚀不足以使涂层发生失效,而热震后发生涂层开裂进而使锌液进入涂层内部直接与基体接触会造成涂层失效.

不锈钢在熔融铝液中的高温腐蚀

以在常见介质中耐蚀性优良的两种不锈钢材作为耐熔融铝硅腐蚀介质的材料,进行了耐蚀性能的试验和研究。结果表明,不锈钢在熔融铝液中腐蚀的发生受铁铝合金腐蚀层的扩散生长控制,腐蚀速率随时间延长逐渐降低并趋稳定;0Cr25Ni20不锈钢耐蚀性能优于0Cr18Ni9Ti不锈钢。

熔融镁液铸锭时金属晶粒细化对产品质量的影响

在金属熔体铸锭时 ,控制熔体温度、浇铸速度、锭模温度可以调整金属铸锭时冷却速度 ,控制金属晶粒的细化度 ,使产品具有较好的质量。

沉没辊基础件的熔融锌液腐蚀研究现状

根据近些年国内外耐锌腐蚀的研究成果,将耐锌腐蚀方法分为两大类:自身耐锌腐蚀材料和表面改性处理。自身耐锌腐蚀材料主要集中在Fe-Cr-Mn、Fe-B、Ti Al Nb等材料上,表面处理主要集中在WC-Co、Mo B-Co Cr、陶瓷等涂层上。两种方法都获得一定的研究成果,但也有一些不足。自身耐锌腐蚀材料的耐熔锌腐蚀虽有改善,但在液锌中也只是延缓了腐蚀速度,最终仍然会腐蚀失效。表面涂层耐蚀性相对较好,但是在锌液中仍然会发生裂纹腐蚀,并且涂层和基体之间的物理匹配性较差,脆性较大,工件的轻微碰撞很容易造成涂层的脱落,加速工件的腐蚀,不宜用于实际生产。充分利用陶瓷耐腐蚀、耐高温、硬度高的优点,以及金属室温强度好、延展性好的优点,开发陶瓷金属复合涂层,可能会成为下一步沉没辊基础件熔融锌液腐蚀研究的主要方向。

高温熔融锡液遇水爆炸机理的实验研究

为研究低熔点金属锡遇水爆炸机理及能量转化过程,搭建了一套由高频熔融炉、高速摄像机和信号采集仪等组成的可视化实验平台,监测锡与水的质量比为5、10、15和20时熔融锡液与水接触反应过程,并选取中高熔点金属铝进行相同条件下的对比实验。同时,结合能量守恒定律、爆炸冲击理论建立数学计算模型,用于定量分析爆炸冲击波能量。结果表明:质量比为5时,熔融锡液与水反应触发2次蒸汽爆炸;由相同条件下熔融铝液遇水爆炸实验,反应剧烈程度和持续时间与金属碎化程度和金属热扩散率有关。此外,高温熔融锡液遇水爆炸过程中,0.45%~10.91%热能转化为冲击波能量。随着质量比的增加,冲击波能量转化率呈现先增后减趋势;当质量比为10时,冲击波能量转化率最大。由锡/铝遇水爆炸实验的冲击波压力曲线可知,当质量比小于12.69时,锡液遇水爆炸实验的冲击波能量转化率高于铝液遇水爆炸实验的冲击波能量转化率。

熔融铝液遇水爆炸弛豫现象研究

熔融铝液遇水碎化发生直至爆炸产生的过程是熔融铝液遇水爆炸的弛豫过程,在此过程中,碎化后的铝液滴因快速热交换、物态变化等导致界面不稳定加剧,使铝液滴进一步细碎化。次级碎化的发生使传热效率增加,这样相互促进的作用导致碎化区域呈几何级数增长,局部温度急剧上升和气相组分急剧增加会形成高压区域并迅速在混合体系内扩展传播,最终导致能量的急剧释放而爆炸。针对熔融铝液遇水爆炸弛豫现象建立了碎化模型,利用热力学定律对不同阶段的过程进行了时间上的划分和计算。讨论碎化触发条件,分析爆炸发生情况,为熔融铝液遇水爆炸过程的进一步研究提供理论基础。

Fe对Al-Zn-Mg-Si熔融镀液中Cr含量的影响

以55%Al-Zn-2%Mg-1.6%Si熔融镀液为研究对象,在热镀锌模拟设备锌锅中研究了添加Cr和Fe的实验过程中,Fe对镀液中Cr含量的影响。结果表明,当镀液温度为630℃时,随着Al-10Cr中间合金锭的添加,镀液中Cr含量逐渐升高,在含量约0.15%最终稳定达到饱和,超过其饱和溶解度将形成主要成分为Al-Cr的底渣。在Cr饱和的镀液中加入足量的钢板,镀液的饱和Fe含量约0.53%,而Cr含量由0.15%显著降至0.026%,镀液中形成了Al-(Fe,Cr)-Si金属间化合物,以底渣形式析出。相图计算结果进一步证实,提高Fe含量会降低55%Al-Zn-2%Mg-1.6%Si熔融镀液中Cr的饱和溶解度,从而促使Cr析出形成底渣。

熔融铝液遇水碎化研究

熔融铝液遇水碎化过程是发生爆炸现象的重要成因,爆炸所释放出大量能量来自于铝液碎化后热能快速的释放。高温流体与液态水冲击接触时流体表面张力,相对速度等会造成不稳定性波动,从而促成流体碎化。波动的不稳定性主要表现为Rayleigh-Taylor不稳定性、KelvinHelmholtz不稳定性和极限Weber数。针对高温熔融铝液遇水爆炸现象,建立了熔融铝液遇水爆炸冲击波效应的实验测试系统,应用数字压力记录仪(DPR)测量了同一测点不同爆炸现象产生的冲击波超压,对不同爆炸冲击波超压和不同铝液入水速度对应的碎化产物颗粒进行了收集和筛分,得到了碎化分布区域与爆炸剧烈程度的对应关系,为解释高温铝液遇水爆炸机理提供有效依据。