两流非对称中间包不同湍流控制器流场的物理模拟研究

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大气工程中的各向同性与非各向同性湍流模拟

大气工程中的各向同性与非各向同性湍流模拟

大气工程中的各向同性与非各向同性湍流模拟大气工程中的湍流模拟是一个重要的研究领域。

湍流是大气中常见的现象之一,它对于气象、空气污染和气候变化等方面都有着重要的影响。

而要研究湍流现象,就必须使用湍流模拟来进行分析。

湍流的模拟可以分为两种情况:各向同性湍流和非各向同性湍流。

各向同性湍流是指在三个空间方向上的湍流特性是相同的。

这种湍流模拟较为简单,因为不需要考虑方向的变化。

在大气工程中,各向同性湍流模拟通常用于研究大规模气流的运动和传输过程。

例如,通过模拟各向同性湍流,可以了解空气中颗粒物的扩散和输送规律,从而对空气污染的传播和控制有所帮助。

非各向同性湍流则是指在三个空间方向上的湍流特性不同。

这种湍流模拟相对复杂,需要考虑各个方向上的变化。

在大气工程中,非各向同性湍流模拟常常用于研究细小尺度的湍流结构和特性。

例如,在飞行器设计中,需要对飞机表面的气动特性进行模拟分析,而这种特性受到非各向同性湍流的影响。

另外,非各向同性湍流模拟还可用于研究气候变化方面的问题,如海洋混合层的形成和演变等。

湍流模拟的方法有很多种,其中最常用的是基于数值模拟的方法。

数值模拟方法通过在计算机上建立代表湍流特性的方程组,并使用数值算法进行求解,从而得到湍流的解析结果。

数值模拟方法的优点是可以对湍流进行全面的分析,但缺点是计算量大,对计算机性能要求较高。

除了数值模拟方法外,湍流模拟还可以通过实验方法进行。

实验方法通过设计合适的试验设备和测量方法,来获取湍流现象的数据。

其中最常用的实验方法是风洞实验和水槽实验。

风洞实验是通过模拟大气流动环境来研究湍流现象,而水槽实验则是通过模拟水流来研究湍流现象。

这些实验方法的优点是可以获得真实的湍流数据,但缺点是受到实验条件和测量误差的限制。

综上所述,大气工程中的湍流模拟是一个复杂而关键的研究领域。

通过各向同性湍流和非各向同性湍流模拟,可以对大气中的湍流现象进行分析和研究。

数值模拟和实验方法是湍流模拟中常用的方法。

(完整word版)湍流模型理论

(完整word版)湍流模型理论

湍流模型理论§3.1 引言自然界中的实际流动绝大部分是三维的湍流流动,如河流,血液流动等。

湍流是流体粘性运动最复杂的形式,湍流流动的核心特征是其在物理上近乎于无穷多的尺度和数学上强烈的非线性,这使得人们无论是通过理论分析、实验研究还是计算机模拟来彻底认识湍流都非常困难。

回顾计算流体力学的发展,特别是活跃的80年代,不仅提出和发展了一大批高精度、高分辨率的计算格式,从主控方程看相当成功地解决了Euler方程的数值模拟,可以说Euler方程数值模拟方法的精度已接近于它有效使用范围的极限;同时还发展了一大批有效的网格生成技术及相应的软件,具体实现了工程计算所需要的复杂外形的计算网格;且随着计算机的发展,无论从计算时间还是从计算费用考虑,Euler方程都已能适用于各种实践所需。

在此基础上,80年代还进行了求解可压缩雷诺平均方程及其三维定态粘流流动的模拟。

90年代又开始一个非定常粘流流场模拟的新局面,这里所说的粘流流场具有高雷诺数、非定常、不稳定、剧烈分离流动的特点,显然需要继续探求更高精度的计算方法和更实用可靠的网格生成技术.但更为重要的关键性的决策将是,研究湍流机理,建立相应的模式,并进行适当的模拟仍是解决湍流问题的重要途径。

要反映湍流流场的真实情况,目前数值模拟主要有三种方法:1。

平均N-S方程的求解,2。

大涡模拟(LES),3。

直接数值模拟(DNS)。

但是由于叶轮机械内部结构的复杂性以及目前计算机运算速度较慢,大涡模拟和直接数值模拟还很少用于叶轮机械内部湍流场的计算,更多的是通过求解平均N-S方程来进行数值模拟。

因为平均N-S方程的不封闭性,人们引入了湍流模型来封闭方程组,所以模拟结果的好坏很大程度上取决于湍流模型的准确度。

自70年代以来,湍流模型的研究发展迅速,建立了一系列的零方程、一方程、两方程模型和二阶矩模型,已经能够十分成功的模拟边界层和剪切层流动。

但是,对于复杂的工业流动,比如航空发动机中的压气机动静叶相互干扰问题,大曲率绕流,激波与边界层相互干扰,流动分离,高速旋转以及其他一些原因,常常会改变湍流的结构,使那些能够预测简单流动的湍流模型失效,所以完善现有湍流模型和寻找新的湍流模型在实际工作中显得尤为重要。

十二流中间包的物理模拟

十二流中间包的物理模拟
其 中 间 包 仃 2个 . 特 殊 非 对 称 型 . 流 教 之 多 是 为 其
的 . 中问包 内流 体 的流 动 视 为 黏性 叮 缩 流 将
同 内首台 。 想 达 到 埘包 内流场 的 『 . 衡各 尤化 均
动 . 体 流 动 处 于 第 二 白模 化 区 时 , 据 相似 原 流 根
程 杨
模 型与原 型之 问对应 角度相 等 , 应 长度呈 比例 ; 对 动力相 似是 两系统 中相 应位置 上 的力存 在 固定 比
例 ; 动相似 是指 两 系统 对应点 的 流动方 向相 同 、 运
速 度大 小呈 比例 。
描 述 中 问 包 内 钢 液 的 流 动 , 钢 液 流 动 时 所 与 受 的 力 有 关 , 惯 性 力 、 力 、 滞 力 等 。 而雷 诺 如 重 黏
维普资讯
弟3 0卷第 5期
2 0 07 1 0门
武 汉 科 技 人 学 学 报 (自 然 科 学 版 )
J fW u a i fS i8 .o h n Un.o c. Te h ( t r l ce1eEdto ) c . Na a il iin L S l c
冲击 点 到 最 远 一 个 水 [ 的 距 离 有 61 之 多 , 以 1 2 " 1 所 流 场 控 制 难 度 很 大 . 流 装 置 必 须 特 殊 研 究 , 也 控 这
是本 文耍解 决 的问题 。
本 试验 选 取 比例 系数 为 l 3的 缩 小 比例 模 /
型 , 型 与 原 型 中 间 包 的参 数 见 表 1 模 。
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Fr) 可 。 即
流 之 问的平均 停 留 『 卡【 f 1 【 f 各流 温 吱 . 于 各流 成 利

四流连铸中间包内流体流动行为的物理模拟

四流连铸中间包内流体流动行为的物理模拟
Th p i l u d f w h r ce it s b an dt o g p i z n eb fl sr c u ea d t eTI t cu .Co a i g wi ee au t n eo t ma i o c a a t rsi wa t ie u h o t l f l c o h mi ig t a e t t r n r t r h i u h su e mp rn t t v l a i hh o p rme e so rgn l ra g me t h a sd a mei ce s d b .% ,t ed a o u efa t n d ce s db 24 a d t ef i a a t r fo i i a r n e n ,t e me l r i u l i r a e v 211 a le t n h e d v lm r ci e ra e y 3 .% n u d o h l
s u tr ( oe o a d I nf i f w c aa tr t n i y ia s l in to . t a e o cu i s s olw d t c e h ls n me n )o ud o rcei i i t ds b p s l i a o h d Ic me o h n ls n l e . r u b a T l l h s c n u h y h c mu t me tt c o af o
随着连铸技术的 发展 , 中间包的冶金功能 已由最初
其是大尺寸夹杂物上浮去 除,提高钢 液的洁净度 。对于
的对钢液 的分 流、减压 、连浇扩展到控制钢液成分 、温
度 ,促进 非金 属夹杂 物上浮等 。中间包冶金 已成 为洁净 钢生产工艺 中不可忽视的环节之一Ez l] -。选用合适的控流

五流大方坯中间包控流装置优化的数值和物理模拟

五流大方坯中间包控流装置优化的数值和物理模拟
第3 3卷第 4期 21 0 2年 8月
特殊 钢
S PECI TEEL AL S
Vo . 133. . No 4
Au ut 2 1 ・ 1 ・ gs 02 3
五流 大 方 坯 中间包 控 流装 置 优 化 的数 值 和 物理 模 拟
罗 荣华。 倪 红 卫 张 华 赵 中福。 陈迪 庆
3 u d s rf e sr n 8 5 ttn ih f v .ta d 2 0 mm ×3 0 mm l o .t e efc fd f r n o o to e ie o o h r ce i is o o i 5 b o ms h f to i e e tf w c n rl d vc n f w c a a t r t f e f l l sc
lq d i un s h e n sude y n i ui n t dih asb e t id b ume ia i u ain a trmo e i l t n t e mefc lsmia t ai 3 rc lsm lto nd wae d lsmu ai wih g o t a i lr y rto 1: o i i
拟 和几 何相似 比13 :水模 型模 拟 , 研究 了控 流装 置对 中间包钢 液流 动特性 的影 响, 优化 中问包 流场 。结果 表明 , 原 型 中间包控流装置结构不合理 , 各流一致性差 , 其第 3流短路流 明显 ; 用中墙开两孔 的 2挡 墙 +圆形加檐 的 B 尤 采
型湍流控 制器后 , 各流一致性 明显改善 , 3流短路 流消除 , 第 其平均停 留时 间延 长 了 2 2 1s同时 中间包活塞 区体 4 . ,
Ab ta t I cod n ew t h ttso ih rjc aei o d s u t ets o idsrn lo c s n t sr c n ac r a e i tes u f g ee t t n n n et ci et ft r t d bo m at gwi a h a h r r v h a i h

中间包的物理模拟

中间包的物理模拟

中间包的物理模拟11研2 马艳杰中间包是一个上承钢包下接结晶器的中间存储和分流容器,其内的许多冶金过程受控于钢水在中间包内的流动状态,而钢水在中间包内的停留和流动状态要受钢包和结晶器工作状态的影响。

其中重要的因素之一是体系内温度状态和反应器之间的温差。

在连铸浇注系统中,减少钢水的二次氧化和脱氧产物,一提高产品质量的工艺开发中,物理模型起到了重要作用。

一、中间包的作用综述中间包的作用,主要有:1.合理储存钢水,按工艺要求进行有效分流,保证顺利开浇、停浇和换包,实现对连铸机均衡、连续和稳定的供给钢水;2.防止钢水再次污染,即抑制二次氧化、减轻耐火材料侵蚀、减少渣的卷入以及渣中不稳定氧化物的危害;3.改善钢水流动条件,防止短路流动,减小死区,改进流动方向,增加钢水的停留时间,改善夹杂物上浮和去除的条件;4.选择合适的包衬耐火材料和熔池覆盖剂,减轻热损失,利于上浮夹杂物的排出;5.控制好钢水温度,必要时再加热,使钢水过热度保持稳定。

二、中间包内钢水流动特征钢水的流动会影响中间包内钢水的分流、影响钢水散热和温度变化、影响夹杂物上浮和排除,以及影响钢水成分的均匀程度等。

流体在容器内的流动模式分为几种:1.如同一时刻进入容器的流团均在同一时刻离开容器,它们不会与进入容器的其他流团混合,这种流动模式称为活塞流;2.当流团一进入容器,立即与其他流团完全混合,分不出进入容器的先后,这种流动模式称为全混流;3.短路流指进入容器的部分流体立即通过容器,停留时间很短或几乎为零;4.死区指容器内停留时间大大超过理论平均时间停留时间的那一部分流团。

中间包工作时,钢水在重力作用下,流入和流出是流速很大。

而在体积和流通面积大得多的中间包熔池主要部分,流速很小。

中间包熔池内各部分的钢水温度在时间和空间上并不均匀,而且一直变化。

较高温度的钢水注入中间包后,在注入区形成温度较高的区域,这样,在注入区与中间包主体熔池之间,可能产生明显的温度梯度。

PO6016《湍流两相流动的模化与数值仿真》 课程教学大纲

PO6016《湍流两相流动的模化与数值仿真》 课程教学大纲
1、熟练阅读和理解两相流学术期刊和专著,了解两相流学科的最新进展, 掌握两相流实验设计与数值计算的科学研究方法,具备良好的科研能力与素养。 (A3、C1.1、C4.2)
2、掌握两相流的相似理论及模化方法,具备对两相流工程实际问题进行模 化设计与相似分析的能力。(A5.1、A5.4、B2、B4.1、B4.2)
的应用”和“基于数值仿真的热力新产品开发”,并开展课程陈述与讨论。通过面 向解决实际工程问题的课程实践,能够开拓学生的思路,教会他们运用理论知识 和科学的研究方法解决实际的科学技术问题,进行严格的科研训练和具备良好的 科研素质。
专题讲座 本课程将设置三次专业讲座,并通过工程案例分析具体讲解湍流两相流动的 模化方法和数值仿真技术,包括两相流模化方法、两相流数值仿真技术及其在工 程设计与产品开发中的应用。 四、考核与评估 课程得分比例如下:
1
课堂出席
10%
2
个人作业
15%
3 大作业(专题研究)
60%
4
课程陈述与讨论
15%
课堂出席 学生课堂出席成绩根据学生在课堂上的表现确定,包括出席、讨论、课堂练 习和表现等。评价课堂出席情况的标准包括参加者是否很好地倾听课程、能否积 极地参与课堂讨论、参加者的表达是否简洁和明确、能否有见地的分析案例和提 供清楚的论证。 个人作业 本课程在重点章节布置 4-6 次课后作业,主要是巩固已学基本概念和基本理 论,并运用基本知识解决关键问题,也推荐学生阅读经典的科技文献和综述。根 据作业完成情况和正确性评定成绩。 大作业(专题研究报告) 大作业(专题研究报告)是针对能源动力两相流工程实际问题开展专题研究,
出版商:
科学出版社
出版年:
1994
参考书目: Clement Kleinstreuer. Two-Phase Flow: Theory and Application, Taylor & Francis Group, New York, London, 2003 ISBN: 1-59169-000-5

4流大方坯45t中间包流场的物理模拟和冶金效果

4流大方坯45t中间包流场的物理模拟和冶金效果

合金 结 构 钢 、 轮 钢 等 。 齿

2・
, / s / s , L = J L =( u ) £ / s A
特 殊 钢
第 3 3卷
以钢 厂 4流 中间 包 为 模 拟 对 象 , 作 了 一 个 水 制
sr c u e f r4.ta 0 m m ×53 m l o c se tse lwo ksha e a re u y u i g g o ti i ia iy 1: tu t r o sr nd 41 0m b o m a t ra t e r sbe n c rid o tb sn e me rc sm l rt 3 wa e d lt e p i m o o to e i e .Re e r h r s l h w t a n o d rt e h e u r me to o il n t rmo e o g t t o mu f w c nr ld v c s l s a c e u t s o h t r e ome t e r q ie n f w f d i s i t l f e t dih f r4一 tan l o .t p i ie s o c n r ld v c rt e t n s t ha ne y e i du to e tnguni i un s o sr d b o m he o tm z d be tf w o to e i e f h u dih wih c n lt p n c in h a i t S l o dfe e tfo t tf rt e t dih wiho h nn lt p n c in he tn i. Fo he t dih wih utc a e y n uc if r n r m ha h un s t utc a e y e i du to ai g un t o r t un s t o h nn ltpe i d —
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( )圆形 a ( )非对 称 长方 形 b
口钢 液 的成分 和温度差 别很大,并且钢 液 中夹杂物 没有 足够 的时间发生碰 撞聚合和上浮去除。
计 算机 系统
示 踪剂 加入 装置
22 水 模 型结果 .
根ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ水模 型实验数据 ,利用 F l t软件 得到采用不 ue n
同控流装置 中间包 内流体流动的流场 图。
…一 … 镝 泳百…………‘ 1
湍 流 控
包 I f 1.
陶门 巾
1 出水 E l
巾 门 阀
ZH AO n’ L n Ya EI Ho g ,ZHOU u J n ,CHE Ha — e g ,HE J- h n U Zh n — in N ig n i e g ,S N o g q a g ,X1 G Gu — h n c N oce g

( .S h o f tr l n tl r y Not e s r ies y h n a g 1 0 1 ,C ia 1 c o l Maei dMea ug , r a t nUnv ri ,S e y n 8 hn ; o aa l h e t 1 9
2 .Ke yLa o ao yo E e t ma n t r c s i go M ae i l,M i ityo E u ai n b r tr f lc r o g ei o e s cP n f t ras n sr f d c t ,No t e se Un v r i ,S e y n 1 0 9 C i a o r a tr h n i e st y h n a g 1 81 , h n ;
52
∑C t A
i 1 =
则 中间包 死区体积分率 、活塞 区体积 分率 和 全
混 区体积分率 的计算 式[ 为
工 艺 研 究

工业加热 第 4 0卷2 1 年第 4 01 期
1 一t () 3
表 1 原 型 和 优 化 方 案 中间 包水 模 型 实验 结 果
2出水 口 2 6 20
( )圆形 湍流 控制 器与 单档 墙 a
( )圆形湍 流控 制器 与单挡 墙 a
03 s . m/
( )不 对称 长方 形湍 流控 制器 与高 低墙 b
图 3 中间包 流场
图 3 ()表 明,来 自长水 口的主流股冲击 圆形 湍流 a
( )非对称 长方 形湍 流 控制 器与 高低 档墙 b
d m.An e a e a er sd et t h ta d n a h h o drs % .Op i ie o to e ie c n e f c i ey d c e s h if r n e a d t v r g i u i a esr n e r e s r u ie 8 h e me t t t z d c n r l v c a fe t l e r a et e d fe e c m d v
的单流 中问包,停 留时间分布 曲线 ( 简称 R D 曲线)为 T
示 踪剂浓 度C ( 单位 :k / )与 时问f( 位:S gm 单 )的 关
高低墙组成控 流装置 的中间包,并运用数学 物理模拟方 法 ,研 究了不同控 流装置 下 中间包 内流体流动 的流场 。
收稿 日期 :2 1-21;修 回 日期 :2 1—31 0 1 —0 0 0 1 -5 0
I 2 2v _ 1 2 m / / s :I s

p 一1 + / m 2 一 r .7 s . s
g m=1 一 一
一 囵

() 4
() 5
式 中:, r 为最小响应 时间,s m 为浓度峰值 时间,S n i ;t 。
实验装置如 图 1 、图 2所示 。
工 艺 研 究
DO : 1 . 6/ i n 02 13 .0 1 3 1 I 03 9 . s .10 —6 9 1. . 8 9 j s 2 00
工业加热 第4 0卷2 1 年第4期 01
两流非对称中间包不同湍流控制器流场的物理模拟研究
赵 岩 雷 洪2 , ,周 骏 2 陈 海耿 , ,赫 冀 成2 ,孙 中强 ,邢 国成
基 于相似原理 ,建立几何 比 / =1 3的水模 型 。对于 盛装钢 液体积 为 ( 单位:I0 、流量为卯 ( T) 1 单位:m /) s
针对钢厂生产用 圆形湍流控 制器与单挡墙 组成控流
装置的非对称两 流 中间包夹 杂物去除能力弱 、两流之 间 钢 液温差大 的现状,设计 了不对称长方形湍 流控制器 与
作 为钢 水凝 固前 的最后一个反 应器,连铸 中间包是 提 高钢产 品质量 的重要环节 。一个 合格 的中间包 具有如
下功能 :①促进钢 液成分和 温度的混合 ,尽 可能实现 中
l 实验方法
流体流动相似 ,需保证原型 与模 型之间 的尺 数和 e 数相等 。在湍 流流动条件下 ,原型与模型 的流体流动相 似,只要 数 相等 即可 ,因此 中间包水模 型体积流量q ( 单位:T/) I h 与原型钢 液体积 流量q ( I 单位 :T /) 1 h 满足 : I
o u d fo b t e wo sr n sa dc n i r v ei c u i n r mo a a e f l i w e we n t ta d n a f l mp o et l so e v l t . h n r Ke r s a y y wo d : s mm erct n ih fo c n r l e ie wa e d l f w e a ir t d s ; l w o t v c ; i u o d tr mo e ; l o b h vo
控 制器底部后 , 向外呈放射状 均匀散开 ,然后沿 内壁 向
上 流动 ,离 开圆形湍流控 制器的流股在 长水 口与两 侧挡 墙之 间形成较 强的漩 涡,造成 中间包表 面波动很大 ,容 易 发生卷渣现象 ;另外 由于流体流速较快 ,使得钢液在 中
图 1 水模 型实验装置 图
间包 内第 2流 ( 靠近长水 口)平均停 留时间仅为 14 , 9. s 4 而第 1 ( 流 远离长水 口)平均停 留时间为 2 1 ,两 流 9. s 2 之 间平均停 留时间差值达到 9 .s 这 表明 中间包两 流出 67 ,
(.东北大学 1 2 .东北大学 材料 与冶 金学 院,辽宁 沈阳 10 1; l8 9 沈阳 10 1; 1 89 材料 电磁过程研究教育部重点实验室,辽 宁
3.东北大学
冶金技术研 究所有 限公司,辽宁
沈阳 10 1) 18 9
摘要 : 通过水模型实验和数值模拟,研究 了不 同控流装置下两流非对称 中间包 内流体流动特性 。 结果表 明:圆形湍流控 制器 与单挡 墙组成的控流装置 中间包液面波动大,容易发生卷渣现象;非对称长方 形湍流控 制器 和高 低挡墙组 成控 流装置 的中间包 ,两 流之 问
系。 = ( f 专 单位: ) s 为理论停留时间,A ( t 单位:s )
为测量时间间隔G。中间包平均停 留时问为
∑c f f f △
I _ ——一 () 2
基金 项 目 :国家 高 技术研 究 发展计 划 (0 9 A 3 50 ;国家 自然 20 A 0Z 3 ) 科学 基金和上 海宝钢集 团公司联 合资助项 目(0 300 ; 584 1) 国家 自然 科学 基 金资 助项 目 (0 7 16 ; 中央高 校基 5 944 ) 本 科研 业务 费 ( 0 49 0 ) N10 0 07 作者 简 介 :赵 岩 (9 l ) 17一 ,男,辽 宁海 城人 ,博士 生 ,讲师 ,主 要 研 究方 向为 中问包 冶 金.
q= () 1
间包 各流 出 口钢 液温度和成分 的均一化;②促进钢 中夹
杂 物的碰撞聚合 和上浮去 除;③在 钢包开浇 、换 包或进 行 高 拉速 连 铸 时, 能控 制钢 液 流动 ,避 免 中间包 覆盖 剂卷 入 到钢 液 内 。这些 功 能 的实现 与 中 间包 内的 控流 装置 [ 1 i 密切相 关。 - 4
wi if r n o to e i e .Re u t s o t a e t n ih wi ic l r u b ln ei h b t r n i g ed m.t e ea eg e t s i a i n t d fe e t n r l v c s h c d s l h w t nt d s t cr u a r u e c i i d sn l a s h i h u h t n o a h r r r a c l t o l o a r e s ra e tfe u f c ,wh c a a s l g e ta me t ih c n c u e sa n r p n .Bu n t e t n ih wi s mmerc s u r u b ln e i h b t r a a d wer h ti u d s t a y h h ti q a t r u e c n i i ,d m n i e o ,t e d fe e c ft e a e a e r sd e t ewe n t t n si o l / ft a n t e t n ih wi ic l rt r u e c n i i ra d sn l i r n e o v r g e i u i b t e wo sr d S n y 13 o t d s t c r u a b l n e i h b t n i g e h me a h i h u h u o
的平均停 留时间差异是 圆形湍流控制器和单挡墙组成控流装置中间包的 1 ,且近长水 口侧 出 口的平均停 留时间延长 8 / 3 %。优化后控 流装置有效缩小两流之间流体流动的差异且增强了 中间包去除夹杂物能力。
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