洗涤冷却管出口处的射流深度和界面波动特性

采用压差传感器和高清摄像仪对洗涤冷却管出口处射流深度和洗涤冷却室内气液界面波动特性进行了冷模实验研究,研究发现,随着表观气速的增大,射流深度呈指数式增大,由此提出了主流射流深度与洗涤冷却管出口处动量通量的经验式,其最大射流深度可达2.51 cm,同时采用VOF模型和RNGκ-ε湍流模型对其进行了模拟计算,模拟结果与实验结果吻合良好。研究结果还表明,洗涤冷却管出口处液面波动对床层内气液两相环流脉动的影响较为显著。

铝电解槽内湍流流动与界面波动的数值模拟

建立了模拟铝电解槽内电解液和铝熔液湍流流动及两层熔液界面波动的数学模型，利用交错网格上的一种基于ＳＩＭＰＬＥ算法的改形格式，计算了２８０ｋＡ电解槽内两层熔液的流动状况与界面形状．

电解槽内异型凸台对电解质/铝液界面波动的影响

针对铝电解槽内电解质/铝液界面的波动现象,基于计算流体动力学(CFD)的方法建立了铝电解槽内电解质/铝液两相流体流动的数学模型.使用Fluent软件的流体体积自由面跟踪法和自定义函数,研究了阴极凸台对电解质/铝液界面波动的影响.结果表明,异型凸台的加入使得两相界面的波动幅度降低了17.2%,但凸台的存在同时也使得熔体对侧部槽帮冲刷增强.

洗涤冷却管出口处气液界面波动特性实验及模拟

对新型洗涤冷却室洗涤冷却管出口处流体的射流深度进行了实验研究,得到了射流深度随弗鲁德数变化的拟合式。借助Fluent商业软件建立了该过程的数学模型,模型计算值与实验值吻合较好。利用所建模型得到了出口处射流深度随时间变化的数据,用其表征气液界面波动,并用压力信号波动来表征床层内的环流脉动,对两者进行频谱分析。结果表明两者主频一致,出口处液面波动是引起床层内气液两相周期性环流脉动的主要诱导因素。为了减少床层内环流脉动所引起的一系列工程问题,必须改善洗涤冷却管出口气体的分配特性。

铝电解阳极碳块析出气体引起的电解质/铝液界面波动

电解质/铝液界面波动对电解铝过程的稳定性和电流效率有重要影响,基于计算流体动力学(CFD)方法建立铝电解槽内电解质/铝液/析出气体的多相流体流动的数学模型,研究铝电解槽内阳极碳块析出气体引起电解质/铝液界面波动现象,并对比分析传统型、长凸台型和小方体型阴极对电解质/铝液界面波动的影响.结果表明,电解质/铝液界面波动的形成时间约为45 s,之后波动进入稳定期,波幅变化很小.三种形式的铝电解槽中铝液波动的趋势基本一致,其中,传统型铝电解槽内液面波动幅度最大,长凸台型铝电解槽内的铝液波动幅度最小.

突缩管内环状流界面波动研究

油水环状流通过突缩管时,缩颈和细管入口处会形成涡旋,加剧两相界面波动,两相界面波特性的研究对探索油水环状流的流型演变、管内压降等具有重要意义.通过大涡模拟研究突缩管内油水环状流的界面特性,结果表明:突缩管内的二次流、脱体涡的产生和发展对油水两相界面有较大影响,随着水相表观流速的增大,细管入口涡区增大并向下游延伸,出现涡脱落,对油水界面造成明显的扰动.水相表观流速与管径比越大,两相界面波动越剧烈;表面活性剂可提高水环稳定性和管输能力.数值模拟了在不同浓度活性剂溶液作用下的界面特性:涡区有不同程度的增大,涡度略有减小,对两相界面波动影响不大.

基于直角界面波动视野下留园入口空间体验分析

本质上,界面与空间是同时存在于建筑之中的一对关系。然而,回顾西方建筑空间史,他们几乎都没有从正面提及建筑空间界面对空间的作用。文章将建立在空间界面的视角,通过案例分析,探究一种特殊的空间界面波动——直角界面波动对空间丰富体验的影响,从而进一步推进空间理论及空间设计方法。

大学跨学科建设的主要风险与治理对策——基于界面波动的视角

大学跨学科建设的组织化和规模化已经成为创建世界一流大学和世界一流学科的重要战略。一些大学跨学科研究计划在实施以来正面临着失败的风险,如何认识并管控大学跨学科合作风险已经成为重要的时代命题。基于大学跨学科合作网络的界面波动的视角,综合分析了知识性风险、组织性风险和网络性风险以及三者之间的相互作用机制,揭示了大学跨学科合作风险的系统传导机理,进而针对大学跨学科建设实际情况提出了在研究计划与启动对策、跨合作发展与推广对策、合作完善与转型对策、合作调整与转向对策等方面的建议。

宽厚板坯连铸结晶器内气液界面波动行为的实验研究

通过物理模拟研究了2200mm×280mm 宽厚板坯连铸结晶器吹氩时其内界面波动行为,考察了吹气量、拉速对结晶器内液面波动的影响。结果表明:结晶器吹氩后,各气量下液面平均波高均增加了1.2倍以上,且液面影响的区域集中在距水口2/3断面宽度范围内,弯月面附近的波动影响则较小。与常规板坯连铸结晶器内液面平均波高随吹气量、拉速的增加而增大的规律不同,本实验中随这两个工艺参数的增加液面平均波高均先增大后减小,并从实验条件下得出了控制液面波动的最佳气量。

结晶器内氩气泡分布及钢渣界面波动行为

建立了1：0．6的结晶器水模型和结晶器原型数学模型，采用高速摄像机及分析软件研究了连铸工艺参数对结晶器水模型内气泡分布行为的影响；采用离散相模型和VOF模型的数学模拟方法，研究了连铸工艺参数对结晶器内气泡分布和钢渣界面波动行为的影响。结果表明，通过数学模拟获得的结晶器内气泡分布和水模型试验结果吻合性较好；增加吹氩量，结晶器内氩气泡尺寸增大，分布更均匀；吹氩可以降低结晶器窄面附近区域钢液的波高，但会导致水口附近波动加剧；增大拉速时，结晶器内氩气泡尺寸减小，分布更均匀，结晶器窄面波高增大，水口附近液面波高显著降低；增大水口倾角和浸入深度，有助于抑制水口附近和窄面附近的波动，气泡在结晶器内的分布相对较为均匀，气泡尺寸变化不显著。拉速为1．2m／min、水口倾角为15°、水口浸入深度为160mm，较优的吹氩量为4L／min。研究结果可以为优化工艺参数、防止钢液卷渣、提高铸坯质量提供理论依据。

方形微通道内流动凝结时气液相界面演进过程的数值模拟

基于VOF模型,模拟了R32在水力直径为50μm的方形微通道内流动凝结时的气液两相流型演进过程,模拟涉及的流型包括环状流、喷射流、泡状流和收缩泡状流。模拟结果显示,由于沿通道周向气液界面存在曲率差异,凝结液内部存在表面张力导致的横向压力梯度,驱使凝结液流向通道壁面拐角处,减薄通道壁面中部液膜厚度。基于势能最小原理,解释了表面张力与界面黏性力主导的喷射流形成机理。小质量流率时,喷射流诱发环状流上游气液界面波动,界面波动在界面黏性力的作用下逐渐生长。这与大质量流率时,流向下游并逐渐生长的界面波动导致流型转换的机理不同。

板坯结晶器内钢/渣界面流态的水模拟

通过在全比例水模型上进行模拟,研究了结晶器宽度、拉坯速度、浸入式水口结构及水口浸入深度等工艺参数对板坯结晶器内钢/渣界面波动和界面最大流速的影响。结果表明:单独增大结晶器宽度或拉坯速度,结晶器内钢/渣界面波动和界面最大流速都将增大;而浸入式水口结构和水口浸入深度对钢/渣界面波动和界面最大流速的影响较复杂,其中,15°凸型水口通用性较好。

板坯连铸结晶器液面波动行为数值模拟

以转炉厂一台板坯连铸机为研究对象,生产铸坯断面为230 mm×1 255 mm,运用ANSYS分析软件建立结晶器三维流动—传热耦合模型研究结晶器内钢渣界面波动,主要考虑了水口倾角、浸入深度和侧孔面积等工艺参数对界面波动的影响。结果表明,工况条件下液渣波动过大的原因是水口内径偏小造成结晶器内钢流速度过大;侧孔倾角的增大,液渣波动明显减弱,综合考虑倾角在20°～25°较适合;浸入深度在140～160 mm变化时,其对液渣波动影响较小;随侧孔面积的增大,液渣波动反而增大。

板坯结晶器内吹氩工艺研究

阐述了使用水模研究结晶器吹氩的方法,并在全比例水模型上采用15°凹底水口进行模拟,着重研究结晶器吹氩对板坯结晶器内钢/渣界面流态的影响,以及结晶器宽度、拉坯速度、水口浸入深度等工艺参数对结晶器内气泡分布的影响。

绕二维对称水翼的通气空泡流数值研究

本文通过有限体积离散方法求解Reynolds平均Navier-Stokes方程,采用VOF法追踪气-液两相交界面,研究了在高压低速来流,即本质上不发生自然空化的条件下,绕二维对称水翼的非定常通气空泡流动。分析了物理参数———通气方向角和攻角,对通气空泡外形、稳定性及水动力参数的影响。计算结果表明:在通气空泡的形成过程中,通气方向角存在着一个临界值,使得空泡形态由片状空泡过渡到超空泡;特定的参数组合将会诱发空泡表面出现波动现象。而且,当攻角做周期性变化时,水动力参数的变化也随之满足周期性规律,且出现阶段性振荡。

基于两相流动的铝电解槽磁流体流场数值仿真

为了对铝电解槽内磁流体的两相流动和界面波动进行深入了解,通过ANSYS和CFX相结合的方法,把洛伦兹力作为动量源相,对160 kA铝电解槽内的磁流体流动进行了两相流数值仿真.仿真结果表明:铝液和电解质的流动均呈两个漩涡;铝液的平均流速为0.147 6 m/s,最大流速为0.287 9 m/s;电解质的流速偏小,平均流速为0.116 5 m/s,最大流速为0.286 6 m/s;电解质和铝液的界面变形范围为-0.029～0.035 m.将流速计算结果与实测值进行了对比,表明对基于两相流动的铝电解槽内磁流体进行数值仿真可以帮助了解铝电解槽内的流场,为进一步优化研究提供了依据.

不同开槽阳极铝电解槽的节能性研究

基于有限体积方法,建立三维传统阳极、纵向开槽和横向开槽阳极铝电解槽非稳态数学模型,采用磁动力流体模型(MHD)中电势法计算电磁场,把电磁力作为动量方程的源项,通过流体体积函数(VOF)法追踪电解质-铝液界面的波动,用离散相模型(DPM)追踪气泡的运动路径.对比分析传统阳极、纵向开槽和横向开槽阳极铝电解槽中电解质-铝液界面波动和气泡分布情况.结果表明,纵向开槽阳极下电解质-铝液界面波动幅度小于横向开槽阳极下的电解质-铝液界面波动幅度,且都小于传统阳极下电解质-铝液界面波动幅度.纵向开槽阳极底部的气体体积分数最小.

非均匀直流电场作用下气泡的生长变形与脱离特性实验研究

电场强化多相系统相间分散技术被广泛应用于化工领域。气泡生长过程决定着气泡脱离后的尺寸和分散特性,它们是影响传热传质效率的重要因素。为此搭建了静电气液分散可视化实验系统,利用显微高速摄像技术对非均匀电场下液体电介质中的气泡生长过程进行了微观可视化研究,通过对实验获得的气泡生长及脱离过程的微观图像进行处理分析,归纳了气泡生长变形与脱离的多种动态特征。实验结果表明:气泡生长可分为4种特征区别明显的模式,包括滴状分离、锥形分离、扭结分离和枝杈破碎;受荷电弛豫效应影响,自由电荷在气液界面局部聚集,使库仑力作用强度不均匀,宏观表征为气泡表面波动;随电场强度的增大,气泡沿电场方向被拉伸且气液界面的波动程度加剧,气液界面稳定性被电场力削弱,最终气泡破碎形成微气泡群。该研究可为电场作用下气泡脱离尺寸和脱离频率的控制提供参考。

过冷度对蒸汽气泡破碎及微气泡喷射过程的影响

为研究过冷度对蒸汽气泡破碎及微气泡喷射过程的影响,利用高速摄像机记录不同过冷度下过冷池中蒸汽气泡凝结过程。实验结果表明:在低过冷度(ΔTsub=17K)下,蒸汽气泡界面波动发展缓慢,气泡不会破碎,而是逐渐分裂凝结;在高过冷度(40K<ΔTsub<75K)下,蒸汽气泡表面上的波动剧烈发展,随后气泡会突然破碎,并形成大量微气泡;在ΔTsub=30K时,气泡突然破碎前会有小气泡分裂现象发生。40K<ΔTsub<75K时气泡破碎形成的微气泡的直径和速度在量级上与气泡微细化沸腾区域的微气泡接近。随过冷度的升高,微气泡的直径减小,速度增加,且蒸汽气泡破碎前其表面上波动的波数迅速增加,波动的最大幅值先增加后减少。

强化管表面结构对竖管降膜流动特性的影响

为了研究强化管表面结构对竖管降膜流动特性的影响,搭建了竖管降膜流动冷态实验台,利用光谱共焦位移传感器和高速摄像仪对强化管和光管进行了对比研究。实验中,降膜流量通过调节高位水箱内静液柱高度H和布液器环隙间距Δd控制,使降膜雷诺数Re在0~4500变化。测试结果表明:当0<Re≤2000时,强化管与光管液膜厚度一致,但当Re>2000时,强化管的液膜厚度逐渐高于光管,且随着Re的增大,二者差值越趋增大;相对于光管,强化管润湿管壁的最小流量约为光管的1/3,明显小于光管,表明强化管有利于液膜的铺展;当降膜流动处于层流时,在入口段强化管与光管的降膜波动特性无明显差别,但光管较先进入充分发展区,随后波动强度逐渐小于强化管;当降膜流动呈湍流时,强化管的波动强度明显高于光管,当Re达到4200时,在测试范围内强化管的平均波动强度较光管高出约8%,说明强化管的表面结构增强了液膜的扰动,更利于降膜蒸发过程传热传质。以上结论可为强化管用于竖管降膜蒸发器的研究提供有益参考。