铝液保温炉内气体搅拌过程的数值模拟

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铝熔炼炉内电磁搅拌磁场的数值模拟

铝熔炼炉内电磁搅拌磁场的数值模拟周乃君;袁林伟;周善红;张家奇;黄庆【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(042)010【摘要】针对某厂50 t铝熔炼炉与电磁搅拌器,采用ANSYS软件建立三维有限元模型,对熔炼炉内电磁搅拌磁场进行数值模拟.研究结果表明:电磁搅拌器在其周围空间产生交变磁场,其变化周期等于加载的低频交流电周期；磁场向右呈波浪式移动,当加载电流频率为0.4 Hz时,行波移动速度为1.44 m/s;磁感应强度在铝液水平层内由边缘向中部逐渐增大,并沿铝液高度方向迅速衰减；铝液底层的电磁搅拌器垂直投影区域磁感应强度较大,为搅拌作用的核心区域；磁感应强度的仿真结果与实测结果基本吻合.%Based on ANSYS software, three dimensional finite element model for a 50 t aluminum melting furnace and the electromagnetic stirrer was built, and numerical simulation of magnetic field in the furnace with electromagnetic stirring was conducted. The results show that the electromagnetic stirrer produces alternating magnetic field in the surrounding, which changes with the period of the low frequency AC current loaded on the model. The magnetic field travels right like waves with the speed 1.44 m/s when the current frequency is 0.4 Hz. The magnetic induction intensity increases from the edge to the center in the horizontal plane of the furnace and decays quickly along with the height of molten aluminum. The vertical-projected area of electromagneticstirrer is the core area where magnetic flux density is large. The calculated magnetic induction intensity agrees well with the test data.【总页数】6页(P3195-3200)【作者】周乃君;袁林伟;周善红;张家奇;黄庆【作者单位】中南大学能源科学与工程学院湖南长沙 410083;中南大学能源科学与工程学院湖南长沙 410083;中南大学能源科学与工程学院湖南长沙 410083;中南大学能源科学与工程学院湖南长沙 410083;中南大学能源科学与工程学院湖南长沙 410083【正文语种】中文【中图分类】TF806.4;O242.1【相关文献】1.铝熔炼炉电磁搅拌装置辅助拖车的添加 [J], 侯红梅;李国林2.圆形蓄热式铝熔炼炉炉内流场数值模拟研究 [J], 李浩;谢晓燕;史勇3.高性能铝熔炼用电磁搅拌器电源的研究 [J], 章小卫;周京华;陈亚爱4.铝熔炉电磁搅拌磁场与流场的数值模拟 [J], 黄军;王宝峰;赵莉萍;李建超5.圆形铝熔炼炉内非稳态热工过程数值模拟 [J], 王晓松;谭易君;周萍;闫红杰因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

机械搅拌反应器内气体分布的数值模拟

机械搅拌反应器内气体分布的数值模拟宋涛;蒋开喜;周俊武;冯昱清【摘要】机械搅拌反应器内通常包含气、液、固等多相体系,利用计算流体力学方法针对其内部复杂物料运动的模拟近年来取得了很大进展.欧拉双流体模型被用来模拟一种装配Rushton型叶轮机械搅拌反应器内包含气泡的气液两相流,并通过不同的相间力模型及自定义湍流子模型描述槽内气泡复杂运动.分析了不同曳力、气泡诱导湍流、升力、湍流分散力等模型在模拟气泡分布时的效果,并将模拟结果与Barigou和Greaves的试验结果进行比较.结果表明,提出的模拟方法在机械搅拌反应器模拟中能够得到准确的气体分布结果.【期刊名称】《有色冶金设计与研究》【年(卷),期】2015(036)003【总页数】6页(P22-26,30)【关键词】机械搅拌反应器;气泡流;气液两相流;数值模拟【作者】宋涛;蒋开喜;周俊武;冯昱清【作者单位】东北大学材料与冶金学院,辽宁沈阳110819;北京矿冶研究总院,北京市100160;矿冶过程自动控制技术北京市重点实验室,北京市102628;北京矿冶研究总院,北京市100160;北京矿冶研究总院,北京市100160;矿冶过程自动控制技术北京市重点实验室,北京市102628;CSIRO Mineral Resource Flagship, Clayton VIC 3168, Australia【正文语种】中文【中图分类】TF351.5+2机械搅拌反应器广泛应用于矿物加工、湿法冶金、化工工业、食品工业、废水处理等过程工业。

反应器内通常包含气、液、固等多相体系，各相之间的混合交互也在一定程度上影响着槽内流场。

近年来使用计算流体力学方法对机械搅拌反应器内多相流场的研究发展很快，该方法在投入较少的情况下能获得较完备的流场信息，成为进行设备设计和优化的有力工具。

许多学者使用欧拉—欧拉方法进行机械搅拌反应器内气液两相流的模拟，并取得了不错的结果[1-3]。

通常情况下,曳力对气泡在反应器内的运动影响很大[4]。

铝合金熔炼炉、保温炉数值模拟及操作参数优化研究的开题报告

铝合金熔炼炉、保温炉数值模拟及操作参数优化研究的开题报告一、选题背景铝合金是一种轻质、高强度、良好的抗腐蚀性和导热性能的材料，广泛应用于航空、汽车、电子、建筑等领域。

而铝合金熔炼炉和保温炉作为铝合金工业生产中关键的设备，直接影响铝合金的品质和数量，因此研究铝合金熔炼炉和保温炉的数值模拟和操作参数优化具有重要意义。

二、研究目的本研究旨在通过对铝合金熔炼炉和保温炉进行数值模拟及操作参数优化研究，探索炉内流场、温度场、化学反应等关键问题，提高铝合金熔炼炉和保温炉的效率和品质。

三、研究内容1. 对铝合金熔炼炉和保温炉进行建模，分析炉内流场、温度场、化学反应等关键问题；2. 基于计算流体力学(CFD)方法，对炉内流场进行数值模拟，并对模拟结果进行分析和验证；3. 通过操作参数优化，提高铝合金熔炼炉和保温炉的效率和品质；4. 分析不同操作参数对铝合金熔炼炉和保温炉的影响规律，并提出优化建议。

四、研究方法本研究采用计算流体力学(CFD)方法对铝合金熔炼炉和保温炉进行数值模拟，通过分析炉内流场、温度场、化学反应等关键问题，结合操作参数优化方法，对炉内的热力学状态进行控制和调整，提高铝合金熔炼炉和保温炉的效率和品质。

五、预期成果本研究预期通过对铝合金熔炼炉和保温炉进行数值模拟及操作参数优化研究，得出以下成果：1. 确定铝合金熔炼炉和保温炉的关键问题；2. 建立铝合金熔炼炉和保温炉的数值模拟模型；3. 优化炉内的操作参数以提高铝合金熔炼炉和保温炉的效率和品质；4. 提出铝合金熔炼炉和保温炉的优化建议。

六、研究意义本研究对于提升铝合金生产效率和品质具有重要意义，将为铝合金相关行业提供科学、有效的技术支持。

同时，研究过程中所采用的流体力学方法可以为其他行业的设备优化和改进提供参考。

铝熔体搅拌过程中搅拌功率特性的分析

**宁波市自然科学基金资助项目(编号:2015A610150;2014A610080);宁波市重点学科项目(编号:XK115D223)收稿日期:2018年4月1研究背景泡沫铝是一种集结构与功能于一体的高强度、轻质性新型复合材料,铝熔体发泡搅拌是制备泡沫铝的重要工艺,其中搅拌装置非常重要[1]。

由于在工业生产中大约有85%的流体混合是在搅拌器中完成的[2],因此有必要对搅拌设备的相关性能进行研究,包括搅拌设备能耗、搅拌效率、物料混合均匀性等,其中搅拌设备的能耗是评价设备是否优良的重要指标之一。

在整个发泡搅拌过程中,搅拌桨的功率消耗及发泡剂在铝熔体中的运动轨迹与流场流型有关。

在化工搅拌过程中,大部分流体介质都具有较大的黏度,而中高黏度流体的混合在生产中占有较大比重,在许多高分子材料的生产过程中,搅拌操作必不可少。

搅拌桨的能耗与多种因素有关,包括搅拌桨类型、搅拌槽尺寸、桨叶形状等,都对搅拌功率有一定影响。

武启[3]对开启涡轮式桨叶搅拌功率进行了数值模拟,考察了桨叶角度、桨叶宽度、桨叶离槽底距离、液位高、搅拌槽直径、药浆温度、搅拌轴偏移间隙等关键参数对搅拌功率的影响,发现桨叶角度、宽度,以及药浆温度对搅拌功率影响较大。

Chapple 等[4]分析了斜叶涡轮桨尺寸及搅拌槽尺寸对功率的影响,试验表明功率准数与叶片的厚度无关,但与桨叶和搅拌槽直径的比值有关。

包雨云等[5]对不同系列搅拌桨在牛顿型流体中的功率消耗进行了研究。

Ghotli 等[6-7]研究了七种弯叶桨的功率消耗,改变叶桨弯曲角度和中心盘的尺寸,并与涡轮桨进行对比,发现弯曲桨叶对功率消耗的影响比中心盘尺寸的影响大。

Houcine 等[8]讨论了湍流区搅拌器的形状及搅拌槽尺寸对功率消耗的影响,表明搅拌桨的形状对功率消耗起到决定性作用。

除此之外,搅拌功率还与搅拌槽的挡板数量、通气量有关,其中:杨德辽等[9]研究了氮气与液体石蜡混合搅拌体中搅拌功率的变化规律,分析了搅拌功率随挡板提升、通气量增加、搅拌桨提升及挡板增多而呈不同趋势变化的原因;都荣礼等[10]分析了搅拌器数量及通气对搅拌功率的影铝熔体搅拌过程中搅拌功率特性的分析□侯辉□潘晓彬□吴林杰□耿雷雷□姜乃铭宁波大学机械工程与力学学院浙江宁波315211摘要:根据相似原理推导三层桨叶功率影响因素关联式,应用Fluent 软件对铝熔体搅拌过程中的搅拌功率特性进行模拟分析,研究工艺参数和桨叶结构对搅拌功率的影响。

圆形铝熔炼炉内非稳态热工过程数值模拟

圆形铝熔炼炉内非稳态热工过程数值模拟
王晓松;谭易君;周萍;闫红杰
【期刊名称】《热科学与技术》
【年(卷),期】2012(0)1
【摘要】针对铝熔铸过程中常用的圆形铝熔炼炉,利用FLUENT软件,根据能量守恒方程、动量方程建立铝熔炼炉内热工过程数学模型,采用标准k-ε湍流模型、P-1辐射模型对铝熔炼炉内非稳态传热及流动过程进行数值模拟研究。

考虑到铝料熔化过程会消耗一部分能量,采用等效比热法将铝料的熔化潜热转换为相应的比热值进行计算。

通过数值模拟得到了炉内流场、炉膛及铝料温度场分布情况。

模拟结果与实际情况相符,为铝熔炼炉的设计与优化研究提供了理论依据。

【总页数】5页(P48-52)
【关键词】铝熔炼炉;数值模拟;等效比热;温度场;非稳态
【作者】王晓松;谭易君;周萍;闫红杰
【作者单位】中南大学能源科学与工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TK175
【相关文献】
1.圆形蓄热式铝熔炼炉炉内流场数值模拟研究 [J], 李浩;谢晓燕;史勇
2.圆形蓄热式熔铝炉内非稳态多场耦合数值模拟与参数优化 [J], 周萍;陈卓;王晓松;谭易君;闫红杰
3.铝熔炼炉热工过程与节能 [J], 傅志华
4.椭圆形全玻璃真空管太阳能集热器非稳态数值模拟 [J], 张昌宓;陶汉中;李同;蒋川
5.铝熔炼炉内电磁搅拌磁场的数值模拟 [J], 周乃君;袁林伟;周善红;张家奇;黄庆因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

7075铝合金搅拌摩擦焊接过程数值模拟研究

学校代码：10406分类号：TG456 学号：************南昌航空大学硕士学位论文(硕士研究生)7075铝合金搅拌摩擦焊接过程数值模拟研究硕士研究生：李成重导师：张坚郭正华申请学位级别：硕士学科、专业：机械工程所在单位：航空制造工程学院答辩日期：2011年12月授予学位单位：南昌航空大学Numerical Simulation Research on Friction Stir Welding of 7075 Aluminum AlloyA DissertationSubmitted for the Degree of MasterOn mechanical Engineeringby Li ChengzhongUnder the Supervision ofProf. ZhangJian and Guo ZhenghuaSchool of Aeronautical Manufacturing EngineeringNanchang Hangkong University, Nanchang, ChinaDecember, 2011, 12, 16摘要搅拌摩擦焊获得的焊缝接头具有变形小、强度高等特点，故其能在航空航天、船舶及汽车等制造工业中得到广泛应用。

然而，搅拌摩擦焊接是一个多因素交互作用下的高度非线性的复杂塑性成形过程，如何明晰其过程中温度场、材料流动等变化规律，以及焊接参数对焊缝材料温度及迁移的作用机理，已成为亟待解决的关键基础问题。

为此，本文主要采用有限元模拟并结合理论分析，对上述问题进行系统深入的研究，对于搅拌摩擦焊接理论扩充及实践指导有着重要的意义。

基于ABAQUS软件，建立了锥面带倾角的搅拌头的搅拌摩擦焊接过程热力耦合三维有限元模型，并验证模型可靠。

发现等效塑性应变与材料流动速度的最大值均位于工件上表面与轴肩边缘接触处，并且随着焊接过程的进行而基本保持不变。

等效塑性应变区主要位于搅拌头后方，而材料流动则主要分布在搅拌头周围，并且区域较狭窄。

侧进式搅拌釜内气液两相流的数值模拟

侧进式搅拌釜内气液两相流的数值模拟陈佳;肖文德【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2013(64)7【摘要】采用计算流体力学(CFD)技术对φ1.5 m×1.2 m侧进式气液搅拌釜内气液两相流场进行数值模拟,检验了3种气液分界面边界条件和两种相间曳力模型.通过UDF程序将上述模型分别与欧拉双流体模型和dispersed k-ε两相湍流模型进行耦合计算,得到搅拌功率准数、总体气含率和气相分布,并与冷模实验结果进行对比,得到能准确预测的CFD模型.研究结果表明,3种气液界面边界条件下采用标准S-N模型计算所得的功率准数和气体分布误差均较大,而Brucato Tsuchiya模型的预测结果更接近实验结果；气液界面边界条件对总体气含率的预测影响较大,采用速度进口或脱气边界和Brucato-Tsuchiya模型耦合计算所得的结果误差比压力出口边界明显要小.%Gas-liquid turbulent flow in a side-entering stirred tank with φ1.5 m× 1.2 m was simulated with computational fluid dynamics (CFD).Three interface boundary conditions (pressure-outlet,velocity-inlet and degassing boundary) and two drag force models (standard S-N model and Brucato-Tsuchiya model) were presented and respectively coupled with the Euler-Euler model and dispersed two-phase k-ε turbulence model by using user define function (UDF).The impeller power number,total gas holdup and gas phase distribution in the tank were calculated and compared with the measurements of the cold model experiments to investigate the effect of boundary condition of gas-liquid interface anddrag force model on prediction accuracy.The results indicated that the predicted results calculated with the CFD model coupled with the Brucato-Tsuchiya model and adopting the velocity-inlet or degassing boundary condition,were in agreement with the experimental results,much better than the pressure-outlet boundary condition.【总页数】9页(P2344-2352)【作者】陈佳;肖文德【作者单位】华东理工大学化学工程联合国家重点实验室,上海200237;华东理工大学化学工程联合国家重点实验室,上海200237;上海交通大学化学化工学院,上海200240【正文语种】中文【中图分类】TQ027【相关文献】1.周进周出辐射式二次沉淀池中固液两相流数值模拟 [J], 李芳2.基于 EMMS 模型的搅拌釜内气液两相流数值模拟 [J], 肖颀;杨宁3.大型侧进式搅拌釜内湍流流场的数值模拟 [J], 陈佳;肖文德4.文丘里热解反应器内气-液两相流流动特性的数值模拟 [J], 吕超;周楠;孙铭赫5.文丘里热解反应器内气-液两相流流动特性的数值模拟 [J], 吕超;周楠;孙铭赫因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

6005A-T6铝合金搅拌摩擦焊温度场数值模拟

6005A-T6铝合金搅拌摩擦焊温度场数值模拟段树华【摘要】基于ANSYS有限元分析软件,对3 mm厚的6005A-T6铝合金搅拌摩擦焊温度场进行了模拟,对比焊接接头形貌以及焊接热循环模拟结果与实测结果,并研究焊接速度、下压量、搅拌头旋转速度等焊接参数对摩擦焊峰值温度的影响.结果表明,搅拌摩擦焊焊缝形貌模拟结果与实测结果较为吻合,搅拌摩擦焊接进入稳态后,焊缝峰值温度基本稳定在510℃～512 ℃,随着距焊缝中心的距离增加,峰值温度逐渐降低,二者基本呈线性关系;峰值温度几乎随着焊接速度升高直线下降,随着下压量和搅拌头旋转速度的增加而升高,其中下压量和搅拌头旋转速度对峰值温度影响较大,而焊接速度对其影响较小.【期刊名称】《电焊机》【年(卷),期】2015(045)010【总页数】5页(P154-158)【关键词】铝合金;搅拌摩擦焊;温度场【作者】段树华【作者单位】湖南铁道职业技术学院,湖南株州412001【正文语种】中文【中图分类】TG4026005A-T6铝合金是6000系Al-Mg-Si铝合金的一种，可以通过热处理进行强化，不会出现应力磨蚀开裂等现象，强度级别为中等，具有优良的塑性、耐蚀性和成形性[1]。

6005A合金广泛用于制造焊接结构件和耐蚀的机械零部件，但近年来随着高铁技术的不断发展，6005A合金已开始应用于高速列车铝合金车体的制造，如列车底架、侧墙、车顶等部位均采用6005A-T6进行制造[2]。

焊接工艺是轨道车辆制造中的关键技术，焊接质量的好坏直接关系到整个车体的质量，以及行驶过程中的舒适性和安全性。

国内外现有铝合金车体制造普遍采用MIG焊或TIG焊，易出现气孔、热裂纹、接头软化和变形量大的缺陷[3-4]。

搅拌摩擦焊FSW （Friction Stir Welding）是TWI于1991年发明的一种固相焊接技术，由于焊接过程中不需要额外填充焊接材料，焊接峰值温度低于材料熔点，避免了冶金问题和结晶问题的出现，大大减少了焊接缺陷，在航天航空、汽车制造特等领域应用较多，非常适合铝合金的焊接[5]。

搅拌反应器内气液两相流的CFD研究进展

近年来，随着计算流体力学（Ｆ）术的迅速ＣＤ技发展，使通过ＣＤ模拟的方法对气液体系内速度场、Ｆ温度场、浓度场等详细信息获取成为可能。对多相流反应器内流体流动状况进行数值模拟，可望预测出不
同操作条件下反应器内流体流动的细节和湍流特性，很大程度上弥补了由于测试手段限制的不足，为该类
反应器的设计、优化和放大提供依据。
茜（ｉ）Ｖ（ｐ：：ｐｉ ‘ ｉ）０ａ＋
速度。
（１）
式中Ｐ，ｊ／，ｂ分别为密度、相含率和相平均ｉ
１搅拌反应器内气液两相流ＣＦＤ模拟方法
目对气液两相流模拟主要有三类方法［］即：前１－２
第４９卷第１期
２ｌ０２年２月
化
工
设
备
与
管
道
Ｖｂ．ＮＯ．１１４９Ｆｅ２２ｂ．０１
ＰＯＣＳＱＰＮＴ＆ＰＰＮＧＲＥＳＥＵＩＭＥＩ１
・
综述
・
搅拌反应器内气液两相流的ＣＤ研究进展Ｆ
王嘉骏，李良超，顾雪萍，冯连芳
离散的颗粒当成离散相处理，还将宏观连续的流体相
临界气泛转速、平均气含率、传质特性等。局部特
性包括湍流强度、湍流尺度、气泡尺寸大小及分布、
局部相含率、气体局部停留时间等。许多研究通过对
宏观特性，如搅拌功率和平均气含率的研究，得到一些经验关联式，但这些关联式只在一定条件和装置下

倾动式铝液保温静置炉内多场耦合仿真与优化研究的开题报告

倾动式铝液保温静置炉内多场耦合仿真与优化研究的开题报告一、选题背景及研究意义铝合金是一种非常重要的金属材料，广泛应用于精密机械、航空航天、汽车、建筑等领域。

在铝合金生产过程中，铝液中的温度控制是至关重要的一个环节，它直接影响着铝液的品质、成分和形状等方面。

因此，如何准确地控制铝液的温度是铝合金生产过程中的一个重要问题。

保温静置炉是铝液保温的重要设备，在保温静置炉内，铝液被加热到一定温度后静置，使得铝液中固溶的气体等杂质逸出，从而保证铝液的纯度和质量。

然而，保温静置炉内存在多种复杂的传热传质机制，例如对流传热、辐射传热、气体流场等，这些机制之间存在耦合作用，且受到炉内构型和工艺参数的影响。

因此，对保温静置炉内多场耦合机制的深入研究和优化是相当有必要的。

二、研究内容和方法本课题旨在对倾动式铝液保温静置炉内的多场耦合机制进行研究，并进行优化。

具体研究内容和方法如下：1. 对保温静置炉内的多场耦合机制进行建模和仿真分析。

首先，基于Navier-Stokes方程、热传导方程和质量守恒方程等，建立保温静置炉内多场耦合模型；然后，利用有限元数值模拟软件进行数值模拟分析，得到不同工艺参数下的温度场、流场、浓度场等信息。

2. 优化保温静置炉的构型和工艺参数。

分析不同构型和工艺参数对保温静置炉内多场耦合机制的影响，并通过优化设计的方法，得到最佳的保温静置炉构型和工艺参数。

3. 实验验证。

在保温静置炉内进行实验验证，对研究结果进行验证和优化。

三、预期研究成果通过对倾动式铝液保温静置炉内的多场耦合机制进行深入研究和优化，预计可以得到以下研究成果：1. 深入理解保温静置炉内多场耦合机制的特性和变化规律，为保证铝液质量提供理论支持。

2. 找到最优的保温静置炉构型和工艺参数，改善保温静置炉的性能，提高铝液生产效率和质量。

3. 开发出可推广和应用的保温静置炉优化设计技术，为相关领域的生产和工程应用提供参考和帮助。

四、研究计划和时间安排本研究计划共分为三个阶段，时间安排如下：第一阶段（2021.6-2021.9）：对保温静置炉内的多场耦合机制进行建模和仿真分析，得到温度场、流场、浓度场等信息，并进行数据处理和分析。

二维炉膛气液两相对冲流动数值模拟

Keywords: two-phase flow; liquid jet; nonlinear phenomen; numerical simulation
燃煤电厂的氮氧化物 NOx 排放，是目前大气的主要污染源之一[1]，减少燃煤锅炉的 NOx 排放具有重要意义。目前工程上主要采用选择性催化还原（selective catalytic reduction，SCR）和选择性非催化还原（selective non-catalytic reduction，SNCR）进行烟气脱硝（去除 NOx）。SCR 的主要缺点是设备造价昂贵和运行费用高；SNCR是一种费用相对低廉的脱硝方法，但其脱硝率相对较低。为了降低脱硝设备费用和脱硝成本，同时又要满足污染物排放标准，有人提出可以综合使用 SNCR 和 SCR 两种脱硝方法，即采用 SNCR 方法在锅炉炉膛进行前置脱硝，使炉膛出口烟气中的 NOx 含量降至 100 mg/m3 以下，之后再采用小型的 SCR 设备将 NOx 含量降至排放标准以下。这样既降低了投资和运行成本，又能够达到规定的排放标准。
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上海理工大学学报
2021 年第 43 卷
geometric interference is eliminated in this simulation, the asymmetric gas-liquid two-phase flow in the furnace with symmetrical structure may be caused by the nonlinearity of the problem.
Abstract: Based on the selective non-catalytic reduction （ SNCR） denitration in the furnace, a twodimensional two-phase flow model with a symmetrical structure was abstracted from the problem of gas-liquid two-phase flow. Numerical simulation was conducted to discuss the flow and mixing characteristics of gas-liquid two-phase relative impulse flow. The simulation results show that due to the disturbance of high-speed gas flow in the furnace, the liquid jet can't penetrate the gas zone and converge near the center line of the model at all of Reynolds numbers. With the increase of Re, the liquid penetration increases, and the liquid jets with opposite sides can gradually converge in the model. There is a confluence point between the left and right liquid jets when Re is 464 807. When Re continues to increase, the position of the convergence point moves up, and the gas-liquid two-phase fluid mixing in the upper calculation area is more uniform. If Re continues to increase, the position of the convergence point does not change much, and the two-phase mixing efficiency becomes worse because the liquid flow out of the computation zone for its too much momentum. At last, as physical and

钢包炉精炼过程的搅拌数学模型

钢包炉精炼过程的搅拌数学模型在精炼过程中，通过底吹氩气加快精炼过程是一重要措施，而吹入的氩气靠动能推动使钢水循环流动，其动力就是一系列分散气泡产生的膨胀功。

它主要包括：（1）透气元件附近氩气由室温升至与钢水同温，即由状态“0”变为状态“1”。

在这一过程中，氩气所受的压力等于钢水在钢包底部所承受的压力1P ；吹入氩气的温度由室温0T 升至钢水温度1T ；体积由0V 变为1V ；氩气吹入量为 n mol ，则该过程中氩气所做的功为⎰⎰-===11)(011V V T T T T nR nRdT PdV A式中R 为气体常数。

（2）氩气由钢包底部上升到钢水顶部，做等温膨胀功，氩气的体积由1V 变为2V ，压力由1P 变为2P ，氩气的温度变为钢水的温度，在这一过程中，氩气由状态“1”变为状态“2”，所做的功为⎰⎰===212121122V V P P P P LnnRT PdP nRTPdV A一般认为，氩气从透气元件进入钢包都具有一定的初动能，但其值与上两项相比显得很小，对钢水的搅拌无多大作用，可忽略。

这样就得到了吹入n mol 氩气的总搅拌功为⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-=+=2110321)1(P P Ln T T nRT A A A为了控制钢水精炼过程，希望得到标志吹氩搅拌强度大小的吹氩搅拌功率。

取钢水质量为)(t M ，钢水密度为7×103kg/m 3，g=9.8m ／s 2，氩气流量为Q(L ／min)，氩气常数R=8.31×103J ／(kg·mol·K)，得到氩气的搅拌功率：()()[]M Q P P T T T 21101ln 118.6+-=εε的单位为t W 。

如果钢包处于真空室内，钢包底部靠吹氩搅拌，那么钢水的搅拌功率将会受到真空度变化的极大影响。

因为这时2P 可能由1.013x105Pa 下降到100Pa 以下，甚至到30Pa 。

因此为了防止在搅拌过程中钢包内的强烈沸腾，应及时调整吹入氩气的流量Q ，也可采用计算机对真空吹氩过程的搅拌功率进行控制，以求得到稳定的精炼效果。

气液两相流动的数值模拟

气液两相流动的数值模拟引言气液两相流动是一种复杂的流体现象，广泛应用于化工、能源和环境等领域。

为了研究和优化气液两相流动的过程，数值模拟成为一种重要的工具。

本文将介绍气液两相流动的数值模拟方法及其应用，并对相关技术进行分析和比较。

1. 数值模拟方法气液两相流动的数值模拟方法主要包括欧拉法、拉格朗日法和欧拉-拉格朗日耦合法。

欧拉法基于流体的宏观性质，将流体看作是连续的介质，通过求解Navier-Stokes方程来模拟流动过程。

拉格朗日法则是以流体的微观性质为基础，对流体进行粒子追踪，通过求解基于粒子的质点运动方程来描述流动。

欧拉-拉格朗日耦合法则是将欧拉法和拉格朗日法相结合，综合考虑流体宏观和微观性质，使得模拟结果更加准确。

选择适合的数值模拟方法需要充分考虑流体性质、流动特点和计算资源等因素。

2. 数值模拟过程数值模拟气液两相流动的过程可以分为准备工作、建模和求解三个步骤。

2.1 准备工作在进行数值模拟前，需要对流动区域进行几何建模和边界条件的设定。

根据实际情况，可以采用CAD软件构建三维模型，并将模型导入数值模拟软件中。

边界条件包括入口条件和出口条件，以及固体壁面的边界条件。

入口条件包括流体的质量流率、速度和温度等参数，出口条件可以是静压或者设定的速度和压力等参数。

2.2 建模在建模阶段，需要选择适当的数值模型和求解方法。

对于气液两相流动，常用的数值模型包括两流体模型、VOF（Volume of Fluid）模型和Eulerian-Eulerian模型。

两流体模型将气液两相看作是不同的物质，通过求解两个连续介质的守恒方程来描述两相流动。

VOF模型则将气液两相看作是同一物质的不同相态，通过跟踪气液界面的位置来模拟两相流动。

Eulerian-Eulerian模型是综合两流体模型和VOF 模型的优势，对流体的宏观和微观性质进行耦合求解。

求解方法常用的有有限体积法、有限差分法和有限元法等。

2.3 求解在求解阶段，可以利用数值模拟软件对建模结果进行求解。

基于fluent的7022铝合金搅拌摩擦焊接过程数值模拟与材料流动分析

基于FLUENT的7022铝合金搅拌摩擦焊接过程数值模拟与分析摘要：铝合金搅拌摩擦焊接焊缝区域金属流是单相流。

本文针对这种单相流搅拌摩擦焊接过程应用大型计算流体动力学（CFD）软件FLUENT进行了数值模拟与分析，得到其三维流场。

根据流场得到的相关结果可以直观地观察焊缝区塑性金属流动形态与轨迹，为探究与揭示搅拌摩擦焊接过程中焊缝区塑性金属流变机理提供参考。

关键字：搅拌摩擦焊；数值分析；三维流场；FLUENTNumerical Simulation and Analysis of Friction Stir Welding Process of Aluminium Alloy 7022 Based on FLUENTDONG Xuewei 1, LI Xiangfeng 1 , ZUO Dunwen 1, and WANG Hongfeng 1、DONG Chunlin 2、LI Guang 2（1．College of Mechanical and Electrical Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronauticas, Nanjing 210016, P.R.China；2．）Abstract: During friction stir welding process of aluminium alloy, the palstic metal flow in the weld is a kind of single-phase flow. In this paper, aiming at numerical simulation and analysis this kind of single-phase flow, compulational fluid dynamics(CFD) commercial software FLUENT was applicated and a 3-D flow filed was gotten. According to the related results of flow field, we could watch the flow patterns and tracks of the palstic metal flow visually. It contibutes much to study and discover the metal flow mechanism in the weld of friction stir welding process. Keywords: friction stir welding process；numerical analysis；3-D flow field; FLUENT0 前言对于搅拌摩擦这种新型焊接技术，由于是被焊材料之间的直接连接，不需要外加添加剂，因而被搅拌部分材料的流动性能对于焊后焊缝组织机械力学性能有着重要影响。

圆形铝熔炼炉炉内热工过程数值模拟

X 截面
(a) 熔化前期
Y 截面
X 截面
(b) 熔化中期
Y 截面
X 截面
(c) 熔化后期图 4 铝熔体截面温度分布（单位：K）
Y 截面
图 5 为铝熔体平均温度随熔化过程的变化关系。在熔化前期，铝熔体平均温度随时间近似线性增加；在熔化中期，铝熔体温度上升缓慢，表明铝料在发生相变；熔化后期，铝料基本上完全熔化，温度上升速度又开始加快。
2 铝熔炼炉的几何模型及网格划分
以圆形顶开铝熔炼炉为研究对象。铝熔炼炉由炉体、蓄热式烧嘴、主烟道以及辅助烟道组成。
炉体呈圆柱型，物料从炉顶装入。熔池位于熔炼炉底部，炉底靠近扒渣门两侧呈斜坡状。烧嘴与主烟道呈 90°夹角，与辅助烟道呈 180°夹角。烧嘴与水平面呈 15°倾角。铝熔炼炉三维模型示意图如图 1 所示。
1 前言
随着铝材被广泛应用于航天、航空、建筑等众多国防和民用领域，铝加工技术得到了迅速的发展和提高。铝合金熔炼是铝合金铸造和铝合金加工过程中的关键工序，为铝合金铸造提供优质的铸锭或合金液，决定着铝合金铸件、铝合金型材、制品的成分、性能及最终质量[1]。20 世纪 90 年代以来，特别是 21 世纪开始，国内熔炼和铸造技术得到了迅速的发展和提高，不断追求“提质、降耗和减损”，某些方面甚至达到了国际先进水平。但在整体上看，我国的熔炼和铸造水平同国际先进水平相比，还存在一定的差距[2-3]。多年来熔炼设备的发展一直追求大型、节能、高效和自动化。大型顶开式圆形熔炼炉得到了广泛应用，容量一般达 30~60t。熔炼炉燃烧系统一般采用中、高速烧嘴，加快炉内燃气和炉料的对流传热。燃烧系统的新发展是使用快速切换蓄热式燃烧技术，实现极限预热回收和超低NOx排放。
铝料的相变潜热，采用等效比热法将这部分潜热等效为相应的比热容。铝的比热容用分段线性函数

透气砖底吹铝熔体精炼过程中气液两相流场的数值模拟

Num erical Simulatio n o f Gas Melt Tw o Phas e Flo w Fie ld in Bo tt om Blo w ing Refining Proces s o f Molten Alum inum
S UN H ui , ZH A N G X i aoqing , M A X uef en ( School of M echanical, Shanghai Dianji U niv ersit y, Shanghai 200245, China) Abstract: T he Eulerian tw o f luid mo del incor por at ed w it h a porous m edia mo del was used t o predict t he gas liquid f low field in bot t om blow ing refining process o f mo lt en alum inum. T he in f luence of porous br ick arrangement on flo w f ield w as inv estig at ed. T he result s show that gas is mainly dist ribut ed in the upper part of t he porous brick, and has a unif orm rising velocit y in gener al. Compared t o t he 3 4 schem e, t he 1 8 scheme can o bt ain a longer residence t ime o f g as bub ble, a hig her t ot al gas vo lum e fraction, and make molt en aluminum cont act w it h gas bubbles per f ect ly, being advantag eous t o the hydrog en r em oval. Key words: poro us brick; mo lt en alum inum; g as melt tw o phase f low ; num erical simulat io n; gas volume fract ion

2219铝合金厚板搅拌摩擦焊接温度场数值模拟

图 8" 高速焊接稳定阶段 9: 2 时焊缝横截面温度模拟结果 #$%& 8" ’()*(+,-.+( 2$).5,-$01 +(2.5-2 03 4(56 /+022;2(/; -$01 ,- <$%< 2*((6 ,16 9: 2 6.+$1% 2-,=5( 4(56$1%
" !!
焊" 接" 学" 报
$’’ ( ) *+,，焊接速度 #’ ** ) *+, 时，焊接稳定阶段 -’ . 时焊缝横截面温度分布云图和不同位置特征点温度曲线（ ! 为离焊缝中心的距离； ! / ’ ** 表示焊缝横截面中心； " 为焊缝下表面上的距离） 0 焊缝上当 ! / ’ 时，沿板厚度表面的最高温度为 %120 1 3 ，方向 " / ! ** 最高温度为 1$#0 # 3 ， " / $ ** 为 1420 # 3 ， " / # ** 为 1-20 1 3 ， " / "! ** 时为 1#"5 % 3 0 离焊缝中心距离越远，温度越低0 离焊缝中心距离相同的特征点温度沿厚度方向的温度从下表面向上逐渐升高，形成了上宽下窄和上高下低的温度梯度分布0 这主要是由于搅拌头在板厚度方向的热输入不均匀造成的，与直径较大且产热较多的轴肩相接触的材料吸收了大部分搅拌头摩擦产生的热量，同时通过热传递和热传导向周围进行热传递，而与直径较小且产热少的搅拌针接触的材料得到摩擦热量相对较少0 再加上焊缝底面与充当 “ 冷却池” 的钢制垫板进行热传导散热，因此焊缝横截面沿板厚度方向形成了上宽下窄和上高下低的温度分布0 远离焊缝中心得到搅拌头的直接搅拌摩擦作用较图 % 为搅拌头的轴向压力 !! ’’’ 6，旋转频率 %%’ ( ) *+,，焊接速度 #’ ** ) *+, 时，焊接稳定阶段 -’ . 时焊缝横截面温度分布云图和各特征点温度分布曲线0 焊缝的最高温度为 2#"0 4 3 ，曲线的分布趋势和实际检测结果基本相同0 与图 2 相比较可知，旋转频率越高，焊缝的特征点温度越高0 因为在搅拌头轴向压力和焊接速度相同的条件下，旋转频率越高，搅拌头形成的搅拌摩擦热量越多，焊缝的热输入越高，材料经受较高的热循环，峰值温度升高0 图 $ 为 789 稳定阶段特征点温度模拟结果与试验检测结果的对比分析曲线0 搅拌针外侧特征点 ! / $ ** 和 " / "! ** 时的最高温度达到了 2’#0 ! 3，升温时间 !% .，与实测最高温度 2’"0 ! 3 基本相