基于RTD曲线连铸中间包优化设计数值模拟

为了优化连铸中间包内型,采用数值模拟方法计算钢液在连铸中间包内的停留时间分布(RTD),并通过RTD曲线分析了连铸中间包内挡坝高度和位置对其钢液流场的影响。结果表明,结构优化后的连铸中间包钢液流场趋于合理,死区体积分数由原始方案的17.62%降至13.29%,且钢液在连铸中间包内的停留时间变化不大。

基于RTD曲线优化八流中间包控流装置的研究

控流装置对钢液流动特性的影响较大,采用物理模拟结合数值模拟的方法对某钢厂八流中间包进行了挡墙优化,分析了不同挡墙方案中间包的RTD曲线并进行相关计算,根据计算结果选取较优方案。水模型实验和数值模拟结果表明,原型中间包加入控流装置后流场趋于合理,钢液的停留时间比较一致。其中,V-2方案的死区体积分数小,各流一致性好,有利于均匀钢液的成分和温度,促进夹杂物上浮,综合效果好。

应用Markov链研究颗粒RTD曲线的测定

Markov链模型是一种用于物理系统的随机过程方法 ,该研究在对喷射环管反应器进行分析的基础上 ,应用Markov链模型的状态向量与停留时间分布的关系 ,开发了一种具有时间间隔的采样装置 ,该装置通过采出累积量来消除颗粒随机运动的影响 ,并应用Markov链模型的分析 ,获得采样的最小采样时间间隔 ,成功地测定了颗粒的RTD曲线。

利用RTD曲线研究中间包内钢液的流动行为

建立1∶3的中间包水力学模型,对中间包内钢液流场进行物理模拟,通过软件计算获取流体的活塞区、全混区和死区的体积比例,确定中间包内最优流动行为的方案。试验研究表明,在中间包基本结构流量分别为0.7、0.8、0.9 m^3/h时,其死区比例分别为31.0%、17.3%、15.0%;而挡坝向挡墙方向内移30 mm时,流量分别为0.7、0.8、0.9 m^3/h,其死区比例分别为28%、10.5%、7.5%。因此,提高拉速可以降低中间包内的死区比例;另外,钢包长水口插入深度分别为150、280、315 mm的3组结果表明,插入深度280 mm较为合理,增大或减小插入深度均导致死区比例增大。

Markov链模型的应用研究——颗粒RTD曲线测定分析

为测定颗粒的停留时间分布曲线 ,本研究开发了一种具有时间间隔的采样装置 ,通过采出累积量来消除颗粒随机波动的影响 ,应用Markov链模型对喷射环管反应器进行分析 ,获得采样的最小采样时间间隔 。

连铸中间包内流体运动形态模型分析研究

针对通过RTD曲线结合水模型流场可视化分析中间包内流体运动形态的方法较为复杂,且无法精确地给出死区区域分布的问题,提出了连铸中间包内流体运动形态模型分析方法。基于物理模拟所得RTD曲线分析结果,通过数值模拟判定死区,并确定了死区临界速度值与入口速度值的关系。以死区临界速度为基础,通过数值模拟可实时在线确定死区的占比和区域分布结果,进而评估单流和多流中间包内流体运动形态,并探究了连铸拉速及中间包构造对中间包内死区的占比和区域分布的影响。结果表明,采用流体运动形态模型能快速判定中间包死区,实现了死区的定量化和可视化。同时对比同一构造单流中间包时,死区临界速度随连铸拉速的提高而增大,死区体积分数则相反,而死区分布模式不发生改变。此外,可直观对比多流中间包内不同挡墙导流孔孔径和仰角下死区的大小和区域分布。当多流中间包内挡墙导流孔的孔径为70 mm,开孔仰角为19°时,多流中间包内死区体积分数仅为7.64%,且死区集中在中部水口和侧壁附近。

底吹氩中间包钢液流动特性的数值模拟研究

根据某厂实际中间包的操作工艺参数，采用欧拉两流体模型以及多孔介质模型，用数值模拟法研究了同时采用湍流控制器和气幕挡墙技术，中间包内气幕挡墙的位置及吹气量对中间包内钢液流动特性的影响。结果表明，采用气幕挡墙技术，吹气量及吹气位置对钢液流场及RTD曲线影响较大，吹气位置靠近人口或出口都不利于中间包钢液流动特性的改善，吹气量太大易引起表面卷渣现象，吹气量太小，不能形成有效的气幕挡墙。气幕挡墙距离人口1200～2000mm，且吹气量为0．90m^3／h时，可以有效延长钢液的停留时间，减小死区体积，有利于夹杂物的上浮去除。

板坯连铸IF钢中间包控流装置优化水模型研究

以相似原理为基础,用水模拟钢液研究中间包内的钢水流动特征,通过测定模型中间包内停留时间分布曲线,计算其平均停留时间及死区,活塞区和混合区的体积。得出了最有利于改善中间包钢液流动的控流装置组合为下挡墙+湍流控制器,并得出了其具体位置。优化后的中间包比原中间包死区体积下降了4.1%,活塞流增加了8.7%。

多流中间包内流体流动模式的分析方法

提出了多流中间包内流体流动的联合RTD曲线分析方法,并从整体上对多流中间包平均停留时间作出新的解释.以某钢厂多流中间包为模拟对象,进行了水力学模拟实验,采用联合RTD曲线分析方法对多流中间包内流体流动模式进行分析,并与常用的方法进行了比较.实验结果表明.不考虑死区的缓慢流动将会使死区的计算结果产生较大偏差.运用联合RTD曲线分析计算多流中间包内流体流动模式,能够更真实地反映中间包内实际流动状况.

五流大方坯中间包流场优化

针对某钢厂五流大方坯中间包3流铸坯探伤不合格率较高的问题,采用数值模拟方法,研究不同结构中间包钢液的流场。结果表明,该钢厂现使用的中间包结构不合理,近流有短路流出现,且各流差异较大,不利于去除钢液中的夹杂物和提高各流间钢液的均匀性;采用大冲击区,挡墙中墙不开孔、侧墙开4个孔,设置2个坝的中间包结构最佳;中间包结构优化后,消除了近流的短路流,中间包钢液平均停留时间达652.9 s,各流示踪剂浓度的标准差仅为0.011 9,死区体积分数也仅为21.96%,既有利于夹杂物上浮去除,也保证了各流间钢液的均匀性。

控流装置对板坯中间包流场优化的影响

根据相似原理,用1:3水模型研究了230 mm×130 mm板坯连铸用60 t中间包内钢水的流动特征,通过测定模型中间包内停留时间分布曲线,计算其平均停留时间及死区,活塞区和混合区的体积。结果表明,采用下挡墙开孔能有效地改善中间包内流场,得出优化后合适的钢包控流装置组合为开孔下挡墙+湍流控制器,下挡墙高133 mm,距离冲击区765 mm。优化后的中间包比原中间包平均停留时间增加了24 s,死区体积由原来的14.8%下降至6.7%。

溶胀对中空纤维膜萃取器中的流动和传质性能的影响

溶胀是中空纤维膜萃取工业化必须要解决的关键问题之一。本文通过拍摄电镜照片,观察了溶胀前后中空纤维膜表面形态、孔隙率、膜孔径、膜孔道弯曲状况等微观结构的变化。结果表明, 溶胀会使中空纤维膜孔隙率减小,膜孔径变小,弯曲因子增大。通过测量发现,溶胀后膜长度增加,而膜的内外径、膜厚基本不变。本文还研究了溶胀时间对中空纤维膜器中的流动及传质效果的影响,通过测量聚丙烯和聚砜中空纤维膜器管程和壳程的停留时间分布曲线表明,对于装填密度较高的膜器,溶胀时间对壳程和管程中的流动状况的影响可以忽略。此外, 本文以正辛醇-苯胺-水为实验体系,在中空纤维膜器中进行了循环逆流传质实验。实验证明,由于溶胀使纤维膜阻增加,膜器的传质性能随时间的增加而下降。

八流T形连铸中间包钢水停留时间分布特征研究

基于相似原理，建立了八流连铸中间包的1：2物理模型，通过水模实验测定了1#～4#控流方案下中间包内的停留时间分布（Residence time distribution，简称RTD）。通过推导提出了多流连铸中间包的RTD曲线分析方法，并以此分析了中间包内的流体平均停留时间、流动模式和各流流动一致性，进而对控流装置进行优化选择。研究结果表明，3#控流方案能较好地改善中间包内的流动特征。

侧壁式感应加热中间包磁/热/流耦合模拟

提出一种新的中间包感应加热方式,建立了三种线圈模型,模拟研究了三种线圈模型的电磁力分布及其对中间包内流场和温度场的影响,并结合RTD曲线评估了最佳线圈模型和加热功率.结果表明:感应线圈向端部移动有利于改善浇注区远端钢液流动形态及温度分布;相同加热功率条件下,U形感应加热线圈优于E形感应加热线圈,且相较于双侧对称分布U形线圈,单侧U形线圈的热效率更佳,冶金效果更好;提高感应加热功率有利于改善钢液的流动和提高铸坯的质量;对于四流中间包,加热功率为800~1 000 kW时,可达到均温补热的效果.

六流连铸中间包结构优化的水模型实验

采用相似比为1∶3的水模型,对莱钢六流连铸中间包流场进行模拟研究。研究结果表明:原型中间包内存在明显的短路流和旁路流,死区比例较大,混匀效果差,通过对挡墙结构和湍流抑制器的优化设计,使中间包流场得到明显改善。其中"V"字挡墙配改造2型湍流抑制器效果最佳,可使近水口的滞止时间增加约1倍,死区比例降低70%左右。

涟钢二流板坯连铸中间包水模型研究

以相似原理为基础,建立1:3的水模型,对涟钢二流板坯连铸中间包进行研究。结果表明,单纯的湍流控制器+挡坝,中间包活塞区体积偏小,死区体积偏大;挡坝开孔能使中间包死区减小,而不会产生明显的短路流;有利于改善中间包钢液流动的控流装置组合为挡堰+开孔挡坝+湍流控制器,得出了其具体位置;优化后的中间包平均停留时间由343 s延长至387 s,死区体积由20.0%下降至9.8%,滞止时间由61 s延长至99 s。

折流人工湿地模拟装置的水力特性研究

为研究折流人工湿地的水力特性,构建了一系列不同长宽比和折流模式的人工湿地模拟装置(简称装置),通过示踪实验得到停留时间分布密度图(简称RTD曲线),并计算装置的水力特性参数。结果表明,长宽比2∶1的水平推流装置的回收率为远远小于长宽比4:1的水平推流装置,说明过小的长宽比会引起滞留现象。水平折流装置在无基质填充时,水力特性与水平推流装置基本相同,在填充基质后,回收率急剧下降到20%以下,水力特性反而变差。四廊道上下折流装置与其他装置相比显著减少了死区,同时保证较高的回收率(1.5 h内64.56%),具有较满意的水力特性。

潜流人工湿地水动力学研究方法进展

人工湿地污染物去除的物理、化学和生物学机制是随水流在多孔介质中的迁移过程中发生的,水动力过程决定了废水(包括其中的污染物)和介质表面的接触程度及反应时间,并由此影响到水质净化效果。人工湿地水动力学的研究对于其优化设计、运行管理具有重要意义。综述了目前人工湿地水动力学研究的相关方法,包括:盐分示踪获得停留时间分布(residence time distribution,RTD)曲线的方法、染料示踪获得水流运移图像的方法,由RTD曲线进行水力效率评价的方法,以及水动力过程模拟的数学方法等。并对人工湿地水动力学的研究及其应用前景进行了展望。

COREX预还原竖炉煤气停留时间分布的数值模拟

为研究COREX预还原竖炉内煤气流动特性,利用数值模拟方法研究了炉内煤气停留时间分布(RTD),考察了AGD(Areal Gas Distribution)梁对COREX预还原竖炉炉内RTD的影响以及不同熔炼率下COREX预还原竖炉的RTD变化规律.模拟结果表明,随着2#COREX预还原竖炉AGD梁的安装,其整体时间密度分布函数变宽,平均停留时间变短,无量纲方差变大.AGD梁的安装增大了炉内的死区体积分数,2#COREX预还原竖炉炉内死区体积分数达到了26.81%.随着竖炉熔炼率的增加,炉内平均停留时间逐渐减小,无量纲方差逐渐增大.当熔炼率从150 t/h增长到180 t/h时,1#COREX竖炉死区体积分数降幅为68.1%,2#COREX竖炉降幅仅为15.52%.

非对称两流中间包内流体流动的对称化

采用数值模拟和水模型实验相结合的方法研究了不同控流方案下非对称两流中间包内流体流动行为,并将优化方案进行了工业实验.实验结果表明:采用经典组合方法计算各流的死区时,出现负死区现象,因此采用平均停留时间作为评价参数;原方案中靠近长水口侧出口的平均停留时间为194 s,水口两流之间的平均停留时间之差为97 s,两流之间钢液温度差为5℃.利用非对称长方形湍流控制器可以实现钢液在湍流控制器出口处流量的非对称分布.采用非对称长方形湍流控制器和多孔挡墙后,近长水口侧出口的平均停留时间为211 s,水口两流之间的平均停留时间之差为34 s,两流之间钢液温度差为3℃.