铁水预处理工艺KR搅拌与喷吹搅拌流场数值研究

论文摘要

KR机械搅拌和喷吹搅拌法在铁水预处理过程中广泛应用。目前，关于铁水预处理工艺KR机械搅拌和喷吹搅拌法的研究较少，仅限于有限的实验研究。同时，KR机械搅拌和喷吹搅拌法的数值研究则更少。因此，本文对KR机械搅拌和喷吹搅拌法进行数值模拟，研究KR机械搅拌和喷吹搅拌法动力学问题，为铁水预处理工艺实际生产提供参考。本文应用数值方法研究KR机械搅拌和喷吹搅拌法动力学，分析铁水罐内KR机械搅拌法流场和自由液面下凹深度的变化规律以及喷吹搅拌过程中气泡运动对流场的搅拌影响。KR机械搅拌过程中搅拌器旋转运动使流场形成剪切流，流场逐渐形成漩涡，搅动流场，最后使流场搅拌混合。数值研究过程中，应用了VOF和动网格方法求解KR搅拌法动力学，捕捉自由液面变化。另一方面，关于喷吹搅拌法动力学，研究气泡在流场中的演变过程，追踪气液两相界面变化。最后，本文研究了不同结构尺寸和工况KR机械搅拌法流场和自由液面的变化规律，数值结果与武钢研究所水模实验结果进行了对比分析，数值结果与水模实验结果吻合。结果表明，本文建立的数学模型和数值模型可以求解KR机械搅拌法动力学问题,搅拌器的结构尺寸和工作工况与自由液面下凹深度变化存在一定的规律。喷吹搅拌法研究表明，气泡在流场中的演变过程对流场产生了搅动作用。KR机械搅拌和喷吹搅拌法的数值研究将有助于KR机械搅拌和喷吹搅拌法结构尺寸和工作参数的优化设计。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究的背景及意义
• 1.2 研究的历史与现状
• 1.3 本文的研究目的与内容
• 1.4 全文安排
• 2 数学模型与数值方法
• 2.1 计算流体力学基础
• 2.2 数值计算方法
• 2.3 数学模型
• 2.4 VOF 方法
• 2.5 VOF 在铁水预处理过程中的应用
• 2.6 本章小结
• 3 KR 机械搅拌流场数值模拟
• 3.1 引言
• 3.2 数学模型及数值方法
• 3.3 数值计算及结果
• 3.4 网格收敛性分析
• 3.5 不同工况参数数值结果及分析
• 3.6 数值模拟结果与实验结果对比分析
• 3.7 本章小结
• 4 喷吹搅拌数值模拟
• 4.1 引言
• 4.2 数学模型
• 4.3 求解过程及结果分析
• 4.4 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 对未来工作的建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录