铁水KR搅拌脱硫漩涡形态对脱硫剂颗粒量化扩散行为研究

通过KR铁水预脱硫水模型试验,分析探讨了影响KR铁水脱硫动力学的主要因素。研究结果表明,搅拌器转速、搅拌器插入深度、铁水罐装载深度、罐径比对铁水脱硫动力学有明显影响,搅拌器转速140 r/min、搅拌器插入深度213 mm、铁水罐装载深度450 mm、罐径比在0.42时粒子分散性最好。研究发现脱硫剂颗粒分散性最好的区域漩涡深度相对搅拌器深度最优范围在0.96~1.17,漩涡宽度相对搅拌器宽度最优范围在0.66~0.72;粒子分散性相对较好的区域漩涡深度相对搅拌器深度最优范围在0.88~1.37,漩涡宽度相对搅拌器宽度最优范围在0.61~1.20。基于水模型试验结果对KR动力学条件优化进行了工业性试验,优化后搅拌器铁水深脱硫比相较于原搅拌器的66.8%,增加7.2百分点,达到74%;新型四叶搅拌器搅拌时间平均为630 s,搅拌周期缩短18 s;在搅拌周期缩短的情况下,优化后搅拌器脱硫剂消耗量降低1.2%;铁水温降降低0.7℃;二次脱硫率降低2.6百分点,扒渣铁损由1.71 t降至1.39 t,降幅达18.7%。工业性试验表明在深脱硫比例增加的条件下,KR动力学条件优化取得了较好效果。

湍流场多柱体绕流形态和水动力特性研究

为研究间距比对多柱体在湍流场下的互扰效应影响,利用Fluent软件模拟了雷诺数为3 900,柱间距比L/D为1.6～6.0情况下正方形排列四圆柱绕流过程。通过模拟得到了不同间距比下的升、阻力系数值以及涡量图,利用快速傅里叶变换法得到了漩涡脱落频率。结果表明,当柱间距比L/D为1.6～2时,4个圆柱后都没有漩涡脱落,随间距比增加,上游圆柱平均升力系数增大,平均阻力系数减小,下游圆柱平均升、阻力系数减小,斯特鲁哈数增大;当L/D为2～3.5时,随间距比增大,下游圆柱后开始出现漩涡脱落,平均升、阻力系数减小,斯特鲁哈数增大;当L/D为3.5～6时,随间距比增大,四个圆柱后都发生漩涡脱落,上游圆柱平均升、阻力系数减小,下游圆柱平均升力系数减小,平均阻力系数增大,斯特鲁哈数不变。L/D〈3.5时互扰效应逐渐增强,L/D〉3.5时互扰效应逐渐减弱;考虑到工程安全性和经济性,本文研究成果对于海洋工程设计具有一定的参考价值。

振荡流作用下圆柱体结构的水动力特性研究

圆柱绕流作为流体力学领域中的经典问题,近年来得到了广泛的关注和研究。开展振荡流下二维圆柱的水动力特性和漩涡发放形态研究将为认识和理解圆柱绕流特性提供重要参考。基于RANS方程,采用k⁃ωSST湍流模型,首先通过对比雷诺数10000时均匀流下的受迫振动试验数据,验证了研究方法的可行性,进而开展了振荡流下圆柱绕流的数值模拟,对比讨论了5种KC数下流体力系数变化情况及漩涡脱落模式,并开展了升力系数时历分析。结果表明:在低振幅、低频率下,小KC数时激励力系数变化较大,大KC数时流态趋向于均匀流,激励力系数变化较小。在大KC数时可以观察到较为明显的2S脱落模式,升力系数在每一周期内出现两次振幅调制现象,小KC数时流体变化较快,规律性相对较弱。

等直径串列双圆柱体绕流的数值模拟

在不同的亚临界雷诺数Re和柱间距比G/D条件下,运用Fluent软件对等直径串列双圆柱体的绕流现象进行数值模拟。根据模拟结果,分析了Re和G/D对漩涡脱落形态、压力系数Cp和斯特劳哈尔数St的影响规律。结果表明:随着柱间距的变化,双圆柱体的尾流呈现不同的漩涡脱落形式,出现相同尾流形态的G/D范围,会随着Re的变化而发生改变。由于受下游圆柱体干涉效应的影响,上游圆柱体的剪切层分离点位置随着G/D的增大而逐渐后移,当达到某一临界值后,干涉效应消失,Cp分布和剪切层分离点与单圆柱体相似。与此同时,St也随着G/D的变化而发生改变,其变化规律与不同的漩涡脱落形态相对应。

不同倒角半径下方柱绕流的数值模拟及水动力特性研究

为了研究不同倒角半径对方柱绕流特性的影响,采用有限体积法,模拟了雷诺数Re为22 500、倒角半径为0.1D(D为方柱边长的长度)、0.2D和0.3D时方柱的绕流过程。方柱近壁面采用增强壁面函数,模型采用SST k–?湍流模型。根据模拟结果给出了不同倒角半径下方柱的流场涡量图以及阻力系数Cd和升力系数Cl;利用快速傅里叶变换法得到斯托罗哈数St。结果表明,倒角半径的增加改变了方柱的分离点,使得尾流区长度增加,旋涡尺度减小;Cd和Cl的振动幅值呈现先减小后增大的趋势,倒角半径为0.1D和0.2D时方柱受力较小,不存在倒角时方柱受力较大,倒角半径为0.3D时方柱受力最大;随着倒角半径的增加,柱体截面形式越接近圆形,斯托罗哈数逐渐增大,漩涡脱落频率更快。