CAE-CFX在冶金行业应用

CFX中的凝固模型
>>FLUID PARAMETERS
VISCOSITY 6.2000E-03
粘性
DENSITY 7.0200E+03
密度
>>HEAT TRANSFER PARAMETERS
THERMAL CONDUCTIVITY 1.5480E+01
导热系数
FLUID SPECIFIC HEAT 7.700000E+02
CFX在冶金行业应用 的典型事例
• 结晶器内连铸过程的数值模拟 • 工业加热炉内燃烧及流固耦合传热的数值模拟 • 煤气鼓风机内流场的数值模拟 • 环缝洗涤塔内气液两相流动与换热的数值模拟
结晶器内连铸过程 的数值模拟
问题背景
结晶器内的主要物理过程为： 1、钢水冷却后凝固成钢坯（凝固热的释放）。 2、钢水的流动。 3、钢坯的运动。 4、通过结晶器壁与外界的热交换。
出口
计算模型
计算模型:烧嘴结构
计算模型：支管及垫块
计算边界条件
烧嘴煤气流量： 800 m3/h
温度： 293 K
烧嘴空气流量： 1408 m3/h
温度： 723 K
环境温度：
303 K
烟气含量：
CO:21%
CO2:9.2% H2:17.1%
CH4: 7.0%
N2:42.6% O2:0.2% H2O:2.3%
达西常数（熔融区阻力）
嵌入式水口
计算模型
出口
环缝器
计算网格
结晶器各截面温度分布和液固相分数分布
温度分布
液固相分数分布
结晶器纵截面速度分布
速度云图
速度矢量图
结晶器纵截面液固相分数分布
结晶器纵截面温度分布
结晶器各横向截面温度分布
结晶器各横向截面液固相分数分布
结晶器液固分界面
其它应用
其它应用
问题背景
计算中使用了CFX中的如下主要物理模型： 1、欧拉两相流模型。 2、传热模型。 3、相间传质模型中的热力学相变模型（蒸发）。
计算模型
煤气入口 塔中部有十个喷头 塔中部有三个喷头
环缝器
煤气出口
计算边界条件
煤气入口流量： 570000 Nm3/h
温度： 473 K
上部给水量： 546 m3/h
气体体积分数分布
水的体积分数分布
气体温度分布
水滴轨迹分布
煤气轨迹
动画
CFX中的凝固模型
计算采用了CFX专为铸造(CASTING)过程开发的 凝固（SOLIDIFICATION)模型：
>>OPTIONS THREE DIMENSIONS BODY FITTED GRID CARTESIAN COORDINATES TURBULENT FLOW HEAT TRANSFER INCOMPRESSIBLE FLOW STEADY STATE USER SCALAR EQUATIONS 1 SOLIDIFICATION
温度： 333 K
转速：
2900 r/min
出口压力：
6037 Pa
烟气含量：
CO:42.37%
CO2:9.05% N2:8.65% O2:0.214% H2O:39.716%
计算网格（网格总数：170万）
计算网格（网格总数：170万）
优质的附面层网格
压力分布
出口压力：－18572 Pa
压力分布
环缝给水量： 554 m3/h
给水温度：
308 K
锥形排气道距离：h = 250 mm
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ环境温度：
303 K
塔壁换热系数： 20J/m^2 s K
计算网格（网格总数：221万）
优质的附面层网格
压力分布
参考压力： 101325 Pa 入口相对压力：30050 Pa 出口相对压力：0 Pa
压力分布
速度分布
流线
流线
流线
速度矢量
速度矢量
动画
环缝洗涤塔内气液两相流 动与换热的数值模拟
问题背景
环缝洗涤塔内的主要物理过程为： 1、气体（煤气）与液体（水滴）的两相流动。 2、气体（煤气）与液体（水滴）的两相换热。 3、水滴被煤气加热之后的热力学相变（蒸发）。 4、气水通过塔壁与外界空气的热交换。
计算网格（网格总数：230万）
固体材料的导热系数
流线
流线
速度分布
温度分布
温度分布
温度分布
温度分布
温度分布
温度分布
温度分布
温度分布
温度分布
温度分布
煤气鼓风机内流场 的数值模拟
煤气入口 煤气出口
计算模型
风机叶轮 大小叶片
计算边界条件
煤气入口流量： 60000 m3/h
凝固潜热
SOLIDUS TEMPERATURE 1.7630E+03
固相线温度
LIQUIDUS TEMPERATURE 1.8030E+03
液相线温度
CASTING VELOCITY 0.000000E+00 0.000000E+00 -5.430000E-02 铸造速度（钢坯）
DARCY CONSTANT 1.8000E+10
其它应用
工业加热炉内燃烧及流固耦 合传热的数值模拟
问题背景
加热炉内的主要物理过程为： 1、煤气的气相流动和燃烧。 2、气体与固体的耦合传热。 3、热辐射。 4、通过炉壁与外界空气的热交换。
问题背景
计算中使用了CFX中的如下主要物理模型： 1、气相燃烧模型。 2、传热模型。 3、热辐射。
燃烧器 钢坯 支管
比热
ENTHALPY REFERENCE TEMPERATURE 1.7000E+03
>>SOLIDIFICATION PARAMETERS
SOLID SPECIFIC HEAT 6.8000E+02
钢坯比热
SOLID THERMAL CONDUCTIVITY 3.1390E+01
钢坯导热系数
LATENT HEAT OF SOLIDIFICATION 2.7000E+04