超声波钢包精炼水模声场特性研究

论文摘要

随着超声空化技术的发展,宏观和微观的搅拌技术、乳化、除气和液体中的化学反应也得到发展。但由于空化过程是复杂的,对于空化泡和微射流有助于液相混合的原因仍不清楚,因此研究空化泡运动对搅拌效果的影响是非常有必要的。本文以某钢厂180t钢包为原型,对比底吹气搅拌和超声波搅拌对均混时间的影响,用染色法测定空化强度,高速摄像机观察空化气泡的运动行为,来研究超声波钢包精炼水模内的声场特性。实验结果表明:在工具杆底端的空化场呈圆锥状分布;在超声搅拌的过程中,空化泡群产生在超声波的波腹位置,产生后沿任意方向向节点位置作直线运动,在运动的过程中伴随着空化泡的聚集、长大、崩溃等过程,正是因为这些剧烈的变化以及崩溃过程产生的微射流使钢包内不存在循环死区,从而促进搅拌,缩短均混时间。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 超声波技术简介
• 1.2 超声波在国内外的研究现状及应用
• 1.2.1 超声波在国内外的研究现状
• 1.2.2 超声波的应用
• 1.3 超声空化的研究方法
• 1.4 炉外精炼理论
• 1.4.1 炉外精炼的发展
• 1.4.2 炉外精炼的冶金功能
• 1.4.3 炉外精炼过程应用的搅拌方法
• 1.4.4 钢包吹氩的工艺
• 1.5 本课题研究的内容及意义
• 1.5.1 研究内容
• 1.5.2 研究意义
• 第二章 超声空化理论基础
• 2.1 超声空化原理
• 2.2 描述空化泡的主要参数
• 2.2.1 空化阈值
• 2.2.2 空化泡的崩溃时间
• 2.2.3 空化泡的自然共振频率
• 2.3 影响空化的物理参数
• 2.3.1 溶液自身物理参数对超声空化的影响
• 2.3.2 声场自身性质对空化的影响
• 2.4 超声波作用下空化泡的运动
• 2.4.1 稳态空化
• 2.4.2 瞬时空化
• 2.4.3 空化气泡的运动
• 第三章 相似原理与模型研究方法
• 3.1 相似的基本概念
• 3.2 相似准数
• 3.3 相似三大定理
• 3.3.1 相似第一定理
• 3.3.2 相似第二定理
• 3.3.3 相似第三定理
• 3.4 模型研究方法
• 3.4.1 模型相似条件
• 3.4.2 近似模化法
• 3.4.3 流体流动的稳定性与自模化性
• 3.4.4 模型设计
• 3.4.5 实验数据的整理
• 第四章 超声波钢包精炼水模空化强度测量实验
• 4.1 实验设备
• 4.2 实验方案
• 4.3 实验结果分析
• 第五章 超声波钢包精炼水模空化泡运动行为研究实验
• 5.1 实验设备
• 5.2 实验方案
• 5.3 实验结果分析
• 5.3.1 气泡崩溃过程中微射流的产生
• 5.3.2 空化泡在工具杆底端形成圆锥状气泡群
• 5.3.3 用相纸和摄影图像比较空化泡在波腹和节点的运动
• 5.3.4 空化效果随超生功率的增强愈加明显
• 5.3.5 空化气泡群的聚集过程
• 第六章 超声波单喷嘴底吹氩气水模实验
• 6.1 实验设备
• 6.1.1 相似条件
• 6.1.2 实验仪器
• 6.1.3 喷嘴布置
• 6.2 实验方案
• 6.3 实验分析
• 6.3.1 超声波单喷嘴位置0.33R 的均混时间
• 6.3.2 超声波单喷嘴位置0.5R 的均混时间
• 6.3.3 超声波单喷嘴位置0.67R 的均混时间
• 6.3.4 超声波单喷嘴不同位置均混时间比较
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢