1
2016
... 高品质连铸宽厚板和大圆坯是重要的战略资源,主要用于国防大型舰艇、核电站安全壳、深海钻井平台、高压锅炉管、轴承套、高速列车轮等领域.探伤缺陷是连铸宽厚板的主要质量缺陷,形成原因包括气泡/夹杂物、夹渣、氢致裂纹、中心偏析和疏松等[1 ~8 ] ,通过分析现场大量钢板探伤检测图谱,发现目前最不受控的是非稳态、非均匀的气泡/夹杂物和夹渣缺陷[9 ~14 ] ,它们已成为制约连铸宽厚板质量进一步提高的瓶颈.目前大圆坯主要采用模铸的方法制备,但模铸的生产效率、金属收得率较低.用连铸代替模铸能够实现模具钢制备的高效率和高收得率,但随着连铸坯截面扩大,单位长度铸坯热容量增大、散热面积减小,凝固方式由快速凝固向慢速凝固转变,造成芯部钢液的热对流和溶质元素的再分配过程加剧[15 ,16 ] ,一些由凝固速率慢导致的溶质元素宏观偏析及疏松缩孔等问题也越发突出. ...
1
2016
... 高品质连铸宽厚板和大圆坯是重要的战略资源,主要用于国防大型舰艇、核电站安全壳、深海钻井平台、高压锅炉管、轴承套、高速列车轮等领域.探伤缺陷是连铸宽厚板的主要质量缺陷,形成原因包括气泡/夹杂物、夹渣、氢致裂纹、中心偏析和疏松等[1 ~8 ] ,通过分析现场大量钢板探伤检测图谱,发现目前最不受控的是非稳态、非均匀的气泡/夹杂物和夹渣缺陷[9 ~14 ] ,它们已成为制约连铸宽厚板质量进一步提高的瓶颈.目前大圆坯主要采用模铸的方法制备,但模铸的生产效率、金属收得率较低.用连铸代替模铸能够实现模具钢制备的高效率和高收得率,但随着连铸坯截面扩大,单位长度铸坯热容量增大、散热面积减小,凝固方式由快速凝固向慢速凝固转变,造成芯部钢液的热对流和溶质元素的再分配过程加剧[15 ,16 ] ,一些由凝固速率慢导致的溶质元素宏观偏析及疏松缩孔等问题也越发突出. ...
Modeling of molten metal flow in a continuous casting process considering the effects of argon gas injection and static magnetic-field application
0
2000
Modeling of biased flow phenomena associated with the effects of static magnetic-field application and argon gas injection in slab continuous casting of steel
0
2001
Numerical estimation of the effect of the magnetic field application on the motion of inclusion in continuous casting of steel
0
2003
流动控制结晶器内磁场和吹氩对夹杂物粒子群运动的影响
0
2003
流动控制结晶器内磁场和吹氩对夹杂物粒子群运动的影响
0
2003
结晶器喂钢带连铸坯凝固过程的数学模拟
0
2007
结晶器喂钢带连铸坯凝固过程的数学模拟
0
2007
双水口注流连铸复合钢坯结晶器流场和合金元素浓度场研究
0
2010
双水口注流连铸复合钢坯结晶器流场和合金元素浓度场研究
0
2010
连续铸钢在钢铁生产流程中的作用及现代连铸技术简介
1
2008
... 高品质连铸宽厚板和大圆坯是重要的战略资源,主要用于国防大型舰艇、核电站安全壳、深海钻井平台、高压锅炉管、轴承套、高速列车轮等领域.探伤缺陷是连铸宽厚板的主要质量缺陷,形成原因包括气泡/夹杂物、夹渣、氢致裂纹、中心偏析和疏松等[1 ~8 ] ,通过分析现场大量钢板探伤检测图谱,发现目前最不受控的是非稳态、非均匀的气泡/夹杂物和夹渣缺陷[9 ~14 ] ,它们已成为制约连铸宽厚板质量进一步提高的瓶颈.目前大圆坯主要采用模铸的方法制备,但模铸的生产效率、金属收得率较低.用连铸代替模铸能够实现模具钢制备的高效率和高收得率,但随着连铸坯截面扩大,单位长度铸坯热容量增大、散热面积减小,凝固方式由快速凝固向慢速凝固转变,造成芯部钢液的热对流和溶质元素的再分配过程加剧[15 ,16 ] ,一些由凝固速率慢导致的溶质元素宏观偏析及疏松缩孔等问题也越发突出. ...
连续铸钢在钢铁生产流程中的作用及现代连铸技术简介
1
2008
... 高品质连铸宽厚板和大圆坯是重要的战略资源,主要用于国防大型舰艇、核电站安全壳、深海钻井平台、高压锅炉管、轴承套、高速列车轮等领域.探伤缺陷是连铸宽厚板的主要质量缺陷,形成原因包括气泡/夹杂物、夹渣、氢致裂纹、中心偏析和疏松等[1 ~8 ] ,通过分析现场大量钢板探伤检测图谱,发现目前最不受控的是非稳态、非均匀的气泡/夹杂物和夹渣缺陷[9 ~14 ] ,它们已成为制约连铸宽厚板质量进一步提高的瓶颈.目前大圆坯主要采用模铸的方法制备,但模铸的生产效率、金属收得率较低.用连铸代替模铸能够实现模具钢制备的高效率和高收得率,但随着连铸坯截面扩大,单位长度铸坯热容量增大、散热面积减小,凝固方式由快速凝固向慢速凝固转变,造成芯部钢液的热对流和溶质元素的再分配过程加剧[15 ,16 ] ,一些由凝固速率慢导致的溶质元素宏观偏析及疏松缩孔等问题也越发突出. ...
Analysis of transient transport and entrapment of particle in continuous casting mold
3
2014
... 高品质连铸宽厚板和大圆坯是重要的战略资源,主要用于国防大型舰艇、核电站安全壳、深海钻井平台、高压锅炉管、轴承套、高速列车轮等领域.探伤缺陷是连铸宽厚板的主要质量缺陷,形成原因包括气泡/夹杂物、夹渣、氢致裂纹、中心偏析和疏松等[1 ~8 ] ,通过分析现场大量钢板探伤检测图谱,发现目前最不受控的是非稳态、非均匀的气泡/夹杂物和夹渣缺陷[9 ~14 ] ,它们已成为制约连铸宽厚板质量进一步提高的瓶颈.目前大圆坯主要采用模铸的方法制备,但模铸的生产效率、金属收得率较低.用连铸代替模铸能够实现模具钢制备的高效率和高收得率,但随着连铸坯截面扩大,单位长度铸坯热容量增大、散热面积减小,凝固方式由快速凝固向慢速凝固转变,造成芯部钢液的热对流和溶质元素的再分配过程加剧[15 ,16 ] ,一些由凝固速率慢导致的溶质元素宏观偏析及疏松缩孔等问题也越发突出. ...
... 由于多相流体系大多是非线性、非平衡的,从实验和理论的角度研究体系的时空多尺度相界面结构还有很大困难,而且高温钢液不易直接观察和测量,因此计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)成为研究高温熔体多相流不可或缺的关键手段,有助于从物理层面理解流动机制并为工程应用提供相关的分布型数据.基于连续介质假设的经典力学方法,存在Euler和Lagrange 2种体系,其中Lagrange体系如离散相模型(discrete phase model,DPM)能够相对容易地描述离散粒子的运动行为,因而在求解结晶器内非金属夹杂物、Ar气泡的运动行为及分布的研究中得到广泛应用[35 ~45 ] ,研究者[9 ~11 ,35 ~41 ] 建立了不同机理的夹杂物/气泡捕捉模型,揭示了气泡/夹杂物在结晶器内的运动和捕捉位置,如图5 [10 ] 所示.Zhang等[44 ] 和Yang等[45 ] 通过在DPM中引入气泡的聚并和破碎模型,分析了结晶器内的多尺寸泡状流运动特征.但Lagrange体系存在2点不足:一是忽略了离散相颗粒体积,无法给出几何意义上的相界面;二是涉及大量粒子时对计算机性能要求过高.针对小尺度相界面(小于网格尺寸)不连续性问题,一种基于平均场的Euler-Euler双流体模型(two-fluid model,TFM)展示了较好的适用性,该模型简化了小尺度相界面的几何边界描述,并在源项中添加了相间作用项.部分研究者[46 ~53 ] 采用单一气泡粒径的TFM研究了结晶器内气液两相流动行为,得到了气液两相流动的宏观相分布规律,如Liu等[51 ] 通过模拟预测得到了与实际现场发现的渣眼现象吻合较好的预测结果,见图6 [51 ] . ...
... 连铸结晶器内的高温熔体流动处于强烈的非稳态湍动状态,相界面结构受各相物理量的湍流脉动及多尺度涡的控制,因此湍流模型的有效性也是多尺度相界面描述的关键.根据湍流数值模拟对不同尺度涡的处理方法,相界面可以分为3类:确定型、统计型和过滤型.表1 给出了3种典型的湍流数值模拟方法.基于直接数值模拟(direct numerical simulation,DNS)的相界面属于确定型界面,但DNS除了受计算机容量的限制外,对于具有复杂边界问题的处理方法还未从理论上完全解决,目前难以应用于冶金工程尺度.基于Reynolds平均模拟(Reynolds-averaged Navier-Stokes,RANS)的相界面为统计型界面,它仍是目前结晶器内多相流研究的主流选择[40 ~44 ,48 ~51 ,144 ~151 ] ,但需要强调的是,此时相界面的微细结构以及湍流涡的多尺度效应被抹平,得到的是统计平均意义上的相界面,无法反映受不同尺度涡影响的界面运动和变形,例如,RANS k -ε (k 为湍动能,ε 为湍动能耗散率)模型预测的薄板坯连铸结晶器内的对称涡结构,与水模型实验的非对称结果不符[152 ] .大涡模拟(large eddy simulation,LES)通过过滤操作将湍流运动分解成大尺度涡和小尺度涡2部分,大尺度涡通过直接求解N-S方程获得,而小尺度涡则通过建立亚格子模型求解,因此得到的相界面属于过滤型界面.LES已成功地应用于结晶器内的单相流动计算[9 ~11 ,36 ,40 ,41 ,152 ~159 ] ,获得了钢液的瞬态非对称流场特征.研究者[22 ,35 ,36 ,50 ,100 ,107 ,108 ,160 ~164 ] 分别将LES模型与ICM或TFM耦合,获得了结晶器内的气液两相瞬态流动特征,如图14 [50 ] 所示,解决了以往湍流模型无法捕捉气相对液相造成的湍流脉动压力的难题,改善了局部湍流速度参数、气体流动速率、液体运动参数的预测精度,与实验测量结果吻合较好.但目前发展的所有亚格子模型均假定流动为湍流、充分发展和各向同性,不能适应强各向异性湍流的计算.而且在结晶器泡状流中,气泡的脉动运动会对高温熔体的湍流脉动产生影响(如气泡尾迹增大流体小尺度湍流),目前的亚格子模型中未考虑该项的作用.因此,在LES的应用中,适用于复杂各向异性的多相湍流的亚格子模型还有待于从机理上进行更深入的研究. ...
Transient motion of inclusion cluster in vertical-bending continuous casting caster considering heat transfer and solidification
3
2016
... 由于多相流体系大多是非线性、非平衡的,从实验和理论的角度研究体系的时空多尺度相界面结构还有很大困难,而且高温钢液不易直接观察和测量,因此计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)成为研究高温熔体多相流不可或缺的关键手段,有助于从物理层面理解流动机制并为工程应用提供相关的分布型数据.基于连续介质假设的经典力学方法,存在Euler和Lagrange 2种体系,其中Lagrange体系如离散相模型(discrete phase model,DPM)能够相对容易地描述离散粒子的运动行为,因而在求解结晶器内非金属夹杂物、Ar气泡的运动行为及分布的研究中得到广泛应用[35 ~45 ] ,研究者[9 ~11 ,35 ~41 ] 建立了不同机理的夹杂物/气泡捕捉模型,揭示了气泡/夹杂物在结晶器内的运动和捕捉位置,如图5 [10 ] 所示.Zhang等[44 ] 和Yang等[45 ] 通过在DPM中引入气泡的聚并和破碎模型,分析了结晶器内的多尺寸泡状流运动特征.但Lagrange体系存在2点不足:一是忽略了离散相颗粒体积,无法给出几何意义上的相界面;二是涉及大量粒子时对计算机性能要求过高.针对小尺度相界面(小于网格尺寸)不连续性问题,一种基于平均场的Euler-Euler双流体模型(two-fluid model,TFM)展示了较好的适用性,该模型简化了小尺度相界面的几何边界描述,并在源项中添加了相间作用项.部分研究者[46 ~53 ] 采用单一气泡粒径的TFM研究了结晶器内气液两相流动行为,得到了气液两相流动的宏观相分布规律,如Liu等[51 ] 通过模拟预测得到了与实际现场发现的渣眼现象吻合较好的预测结果,见图6 [51 ] . ...
... [
10 ]
Locations of captured inclusions on solidified shell[10 ] (a) 1.5 s (b) 3.0 s (c) 10 s (d) 30 s (e) 100 s ...
... [
10 ]
(a) 1.5 s (b) 3.0 s (c) 10 s (d) 30 s (e) 100 s ...
Effect of vertical length on asymmetric ?ow and inclusion transport in vertical-bending continuous caster
2
2018
... 由于多相流体系大多是非线性、非平衡的,从实验和理论的角度研究体系的时空多尺度相界面结构还有很大困难,而且高温钢液不易直接观察和测量,因此计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)成为研究高温熔体多相流不可或缺的关键手段,有助于从物理层面理解流动机制并为工程应用提供相关的分布型数据.基于连续介质假设的经典力学方法,存在Euler和Lagrange 2种体系,其中Lagrange体系如离散相模型(discrete phase model,DPM)能够相对容易地描述离散粒子的运动行为,因而在求解结晶器内非金属夹杂物、Ar气泡的运动行为及分布的研究中得到广泛应用[35 ~45 ] ,研究者[9 ~11 ,35 ~41 ] 建立了不同机理的夹杂物/气泡捕捉模型,揭示了气泡/夹杂物在结晶器内的运动和捕捉位置,如图5 [10 ] 所示.Zhang等[44 ] 和Yang等[45 ] 通过在DPM中引入气泡的聚并和破碎模型,分析了结晶器内的多尺寸泡状流运动特征.但Lagrange体系存在2点不足:一是忽略了离散相颗粒体积,无法给出几何意义上的相界面;二是涉及大量粒子时对计算机性能要求过高.针对小尺度相界面(小于网格尺寸)不连续性问题,一种基于平均场的Euler-Euler双流体模型(two-fluid model,TFM)展示了较好的适用性,该模型简化了小尺度相界面的几何边界描述,并在源项中添加了相间作用项.部分研究者[46 ~53 ] 采用单一气泡粒径的TFM研究了结晶器内气液两相流动行为,得到了气液两相流动的宏观相分布规律,如Liu等[51 ] 通过模拟预测得到了与实际现场发现的渣眼现象吻合较好的预测结果,见图6 [51 ] . ...
... 连铸结晶器内的高温熔体流动处于强烈的非稳态湍动状态,相界面结构受各相物理量的湍流脉动及多尺度涡的控制,因此湍流模型的有效性也是多尺度相界面描述的关键.根据湍流数值模拟对不同尺度涡的处理方法,相界面可以分为3类:确定型、统计型和过滤型.表1 给出了3种典型的湍流数值模拟方法.基于直接数值模拟(direct numerical simulation,DNS)的相界面属于确定型界面,但DNS除了受计算机容量的限制外,对于具有复杂边界问题的处理方法还未从理论上完全解决,目前难以应用于冶金工程尺度.基于Reynolds平均模拟(Reynolds-averaged Navier-Stokes,RANS)的相界面为统计型界面,它仍是目前结晶器内多相流研究的主流选择[40 ~44 ,48 ~51 ,144 ~151 ] ,但需要强调的是,此时相界面的微细结构以及湍流涡的多尺度效应被抹平,得到的是统计平均意义上的相界面,无法反映受不同尺度涡影响的界面运动和变形,例如,RANS k -ε (k 为湍动能,ε 为湍动能耗散率)模型预测的薄板坯连铸结晶器内的对称涡结构,与水模型实验的非对称结果不符[152 ] .大涡模拟(large eddy simulation,LES)通过过滤操作将湍流运动分解成大尺度涡和小尺度涡2部分,大尺度涡通过直接求解N-S方程获得,而小尺度涡则通过建立亚格子模型求解,因此得到的相界面属于过滤型界面.LES已成功地应用于结晶器内的单相流动计算[9 ~11 ,36 ,40 ,41 ,152 ~159 ] ,获得了钢液的瞬态非对称流场特征.研究者[22 ,35 ,36 ,50 ,100 ,107 ,108 ,160 ~164 ] 分别将LES模型与ICM或TFM耦合,获得了结晶器内的气液两相瞬态流动特征,如图14 [50 ] 所示,解决了以往湍流模型无法捕捉气相对液相造成的湍流脉动压力的难题,改善了局部湍流速度参数、气体流动速率、液体运动参数的预测精度,与实验测量结果吻合较好.但目前发展的所有亚格子模型均假定流动为湍流、充分发展和各向同性,不能适应强各向异性湍流的计算.而且在结晶器泡状流中,气泡的脉动运动会对高温熔体的湍流脉动产生影响(如气泡尾迹增大流体小尺度湍流),目前的亚格子模型中未考虑该项的作用.因此,在LES的应用中,适用于复杂各向异性的多相湍流的亚格子模型还有待于从机理上进行更深入的研究. ...
An experimental benchmark of non-metallic inclusion distribution inside a heavy continuous-casting slab
4
2019
... 离散流界面尺度分布性问题源于离散气泡或非金属夹杂物的聚并和破碎效应,造成离散气泡或非金属夹杂物具有较大的尺度范围,并表现为小尺度相界面的不连续性.例如,初始均一粒径(近似) Ar气泡经上水口弥散砖或塞棒进入水口后,由于受到钢液湍流的作用,气泡间会发生强烈的聚并和破碎现象,造成进入结晶器内的Ar气泡具有较广的粒径范围,在结晶器内形成复杂的多尺度泡状流.冷态物理实验被广泛用于研究结晶器内的多尺度泡状流[18 ~25 ] ,研究者[22 ~25 ] 采用水模型实验分别测量了不同参数影响下的水口或结晶器内的气泡粒径分布,揭示了吹Ar连铸结晶器中气泡的分布及运动规律,发现水模型中可采集的气泡平均粒径范围在0.5~5 mm之间.近期,Wu等[25 ] 采用高速摄像机和ImageJ软件识别并成功提取了不同粒径气泡的运动轨迹,如图2 [25 ] 所示.采用低熔点合金和惰性气体模拟连铸结晶器中的多尺度泡状流也是常用的研究方法之一[26 ~31 ] ,如陈芝会等[26 ] 采用Pb-Sn-Bi合金研究了低频行波磁场下磁感应强度、拉速、吹Ar量对气泡运动行为及分布的影响;Timmel等[27 ,28 ] 利用X射线技术测量了GaInSn合金熔液中Ar气泡的数量和粒径分布,发现气泡粒径在1~10 mm之间;Ren等[29 ] 采用液态Hg和超声Doppler测速仪研究了电磁场对结晶器流场及液面波动的影响.然而这些实验均采用冷态水模型或低温合金实验,实际高温钢液内的Ar气泡运动状态仍不可直接观察和测量.目前,实际连铸坯中的气泡缺陷只能通过对铸坯成品进行检测得到,部分学者[12 ,32 ~34 ] 采用X射线技术、铸坯刨层检测等手段在凝固后的板坯中发现了不同尺寸的气泡类缺陷,气泡粒径(D m )在0.02~3 mm之间,并获得了气泡和非金属夹杂物在铸坯内的三维空间分布,如图3 [12 ] 所示. ...
... [12 ]所示. ...
... (a) 1-1.5 mm (b) 1.5-2 mm (c) 2-2.5 mm (d) > 2.5 mm
Fig.2 ![]()
图3 实际连铸坯内气泡及夹杂物空间分布[12 ] Spatial distributions of bubbles and inclusions in actual slab (D m —bubble size)[12 ] Fig.3 ![]()
近期,本文作者通过水模型实验观察到了结晶器内离散气泡的群体运动特征,如图4 所示,将气泡的运动分布分成2部分:气泡群和脱群气泡.气泡群内,两相运动由气泡群主导,气泡密度较大,易发生气泡间的碰撞聚并;气泡群外,脱群气泡的运动由钢液主导,气泡弥散分布,难以发生碰撞聚并.脱群气泡的数量决定了被凝固坯壳捕捉的气泡量,因此减少脱群气泡的产生对铸坯质量的提升至关重要.气泡的这种聚团效应实现了微观颗粒向宏观结构的转变,使系统行为发生质的改变,其传递性能与离散体系截然不同.一般而言,界面现象在这一尺度上发挥了重要作用.目前结晶器内两相流实验研究多偏重于从冷态、等温实验现象出发去探索泡状流中的一些表观参数变化规律,如流型图、液面波动、含气率、离散气泡的空间分布等;而对结晶器内气泡群存在的稳定性条件以及脱群气泡的产生机理仍缺乏深入的认识,有很多基本理论问题亟待解决. ...
... [
12 ]
Fig.3 ![]()
近期,本文作者通过水模型实验观察到了结晶器内离散气泡的群体运动特征,如图4 所示,将气泡的运动分布分成2部分:气泡群和脱群气泡.气泡群内,两相运动由气泡群主导,气泡密度较大,易发生气泡间的碰撞聚并;气泡群外,脱群气泡的运动由钢液主导,气泡弥散分布,难以发生碰撞聚并.脱群气泡的数量决定了被凝固坯壳捕捉的气泡量,因此减少脱群气泡的产生对铸坯质量的提升至关重要.气泡的这种聚团效应实现了微观颗粒向宏观结构的转变,使系统行为发生质的改变,其传递性能与离散体系截然不同.一般而言,界面现象在这一尺度上发挥了重要作用.目前结晶器内两相流实验研究多偏重于从冷态、等温实验现象出发去探索泡状流中的一些表观参数变化规律,如流型图、液面波动、含气率、离散气泡的空间分布等;而对结晶器内气泡群存在的稳定性条件以及脱群气泡的产生机理仍缺乏深入的认识,有很多基本理论问题亟待解决. ...
Internal defects of continuous casting slabs caused by asymmetric unbalanced steel flow in mold
0
2003
State of the art in evaluation and control of steel cleanliness
1
2003
... 高品质连铸宽厚板和大圆坯是重要的战略资源,主要用于国防大型舰艇、核电站安全壳、深海钻井平台、高压锅炉管、轴承套、高速列车轮等领域.探伤缺陷是连铸宽厚板的主要质量缺陷,形成原因包括气泡/夹杂物、夹渣、氢致裂纹、中心偏析和疏松等[1 ~8 ] ,通过分析现场大量钢板探伤检测图谱,发现目前最不受控的是非稳态、非均匀的气泡/夹杂物和夹渣缺陷[9 ~14 ] ,它们已成为制约连铸宽厚板质量进一步提高的瓶颈.目前大圆坯主要采用模铸的方法制备,但模铸的生产效率、金属收得率较低.用连铸代替模铸能够实现模具钢制备的高效率和高收得率,但随着连铸坯截面扩大,单位长度铸坯热容量增大、散热面积减小,凝固方式由快速凝固向慢速凝固转变,造成芯部钢液的热对流和溶质元素的再分配过程加剧[15 ,16 ] ,一些由凝固速率慢导致的溶质元素宏观偏析及疏松缩孔等问题也越发突出. ...
1
1998
... 高品质连铸宽厚板和大圆坯是重要的战略资源,主要用于国防大型舰艇、核电站安全壳、深海钻井平台、高压锅炉管、轴承套、高速列车轮等领域.探伤缺陷是连铸宽厚板的主要质量缺陷,形成原因包括气泡/夹杂物、夹渣、氢致裂纹、中心偏析和疏松等[1 ~8 ] ,通过分析现场大量钢板探伤检测图谱,发现目前最不受控的是非稳态、非均匀的气泡/夹杂物和夹渣缺陷[9 ~14 ] ,它们已成为制约连铸宽厚板质量进一步提高的瓶颈.目前大圆坯主要采用模铸的方法制备,但模铸的生产效率、金属收得率较低.用连铸代替模铸能够实现模具钢制备的高效率和高收得率,但随着连铸坯截面扩大,单位长度铸坯热容量增大、散热面积减小,凝固方式由快速凝固向慢速凝固转变,造成芯部钢液的热对流和溶质元素的再分配过程加剧[15 ,16 ] ,一些由凝固速率慢导致的溶质元素宏观偏析及疏松缩孔等问题也越发突出. ...
1
1998
... 高品质连铸宽厚板和大圆坯是重要的战略资源,主要用于国防大型舰艇、核电站安全壳、深海钻井平台、高压锅炉管、轴承套、高速列车轮等领域.探伤缺陷是连铸宽厚板的主要质量缺陷,形成原因包括气泡/夹杂物、夹渣、氢致裂纹、中心偏析和疏松等[1 ~8 ] ,通过分析现场大量钢板探伤检测图谱,发现目前最不受控的是非稳态、非均匀的气泡/夹杂物和夹渣缺陷[9 ~14 ] ,它们已成为制约连铸宽厚板质量进一步提高的瓶颈.目前大圆坯主要采用模铸的方法制备,但模铸的生产效率、金属收得率较低.用连铸代替模铸能够实现模具钢制备的高效率和高收得率,但随着连铸坯截面扩大,单位长度铸坯热容量增大、散热面积减小,凝固方式由快速凝固向慢速凝固转变,造成芯部钢液的热对流和溶质元素的再分配过程加剧[15 ,16 ] ,一些由凝固速率慢导致的溶质元素宏观偏析及疏松缩孔等问题也越发突出. ...
大型铸锭均质化问题及其新解
1
2018
... 高品质连铸宽厚板和大圆坯是重要的战略资源,主要用于国防大型舰艇、核电站安全壳、深海钻井平台、高压锅炉管、轴承套、高速列车轮等领域.探伤缺陷是连铸宽厚板的主要质量缺陷,形成原因包括气泡/夹杂物、夹渣、氢致裂纹、中心偏析和疏松等[1 ~8 ] ,通过分析现场大量钢板探伤检测图谱,发现目前最不受控的是非稳态、非均匀的气泡/夹杂物和夹渣缺陷[9 ~14 ] ,它们已成为制约连铸宽厚板质量进一步提高的瓶颈.目前大圆坯主要采用模铸的方法制备,但模铸的生产效率、金属收得率较低.用连铸代替模铸能够实现模具钢制备的高效率和高收得率,但随着连铸坯截面扩大,单位长度铸坯热容量增大、散热面积减小,凝固方式由快速凝固向慢速凝固转变,造成芯部钢液的热对流和溶质元素的再分配过程加剧[15 ,16 ] ,一些由凝固速率慢导致的溶质元素宏观偏析及疏松缩孔等问题也越发突出. ...
大型铸锭均质化问题及其新解
1
2018
... 高品质连铸宽厚板和大圆坯是重要的战略资源,主要用于国防大型舰艇、核电站安全壳、深海钻井平台、高压锅炉管、轴承套、高速列车轮等领域.探伤缺陷是连铸宽厚板的主要质量缺陷,形成原因包括气泡/夹杂物、夹渣、氢致裂纹、中心偏析和疏松等[1 ~8 ] ,通过分析现场大量钢板探伤检测图谱,发现目前最不受控的是非稳态、非均匀的气泡/夹杂物和夹渣缺陷[9 ~14 ] ,它们已成为制约连铸宽厚板质量进一步提高的瓶颈.目前大圆坯主要采用模铸的方法制备,但模铸的生产效率、金属收得率较低.用连铸代替模铸能够实现模具钢制备的高效率和高收得率,但随着连铸坯截面扩大,单位长度铸坯热容量增大、散热面积减小,凝固方式由快速凝固向慢速凝固转变,造成芯部钢液的热对流和溶质元素的再分配过程加剧[15 ,16 ] ,一些由凝固速率慢导致的溶质元素宏观偏析及疏松缩孔等问题也越发突出. ...
气液两相流界面多尺度问题可计算性研究进展
1
2014
... 大尺寸的宽厚板和大圆坯造价高,加上连铸过程复杂的高温动态环境,直接的实验研究既不经济、难度也极大.针对宽厚板和大圆坯研制长期以来过度依赖“制备-测试-制备”反复循环的“试错法”,致使研制周期长、耗费高、效率低等问题,在确保凝固过程相似的情况下,开展凝固过程的热模拟实验,以及对其多尺度传输现象的数值模拟,已成为阐述宽厚板和大圆坯各类缺陷形成机理的首选.相比于单相流,多相流具有相界面拓扑形状变化的特征,其复杂多变的界面结构,在瞬态时间上具有宽广的空间尺度范围,即表现出时间和空间2个方面的多尺度特征[17 ] .根据流动形态与界面尺度的关系,连铸结晶器内的高温熔体多相流的界面多尺度通常涉及几个方面的问题:离散流界面尺度分布性、混合流界面跨尺度性、凝固界面多尺度性、以及湍流在揭示多尺度相界面结构中的作用等. ...
气液两相流界面多尺度问题可计算性研究进展
1
2014
... 大尺寸的宽厚板和大圆坯造价高,加上连铸过程复杂的高温动态环境,直接的实验研究既不经济、难度也极大.针对宽厚板和大圆坯研制长期以来过度依赖“制备-测试-制备”反复循环的“试错法”,致使研制周期长、耗费高、效率低等问题,在确保凝固过程相似的情况下,开展凝固过程的热模拟实验,以及对其多尺度传输现象的数值模拟,已成为阐述宽厚板和大圆坯各类缺陷形成机理的首选.相比于单相流,多相流具有相界面拓扑形状变化的特征,其复杂多变的界面结构,在瞬态时间上具有宽广的空间尺度范围,即表现出时间和空间2个方面的多尺度特征[17 ] .根据流动形态与界面尺度的关系,连铸结晶器内的高温熔体多相流的界面多尺度通常涉及几个方面的问题:离散流界面尺度分布性、混合流界面跨尺度性、凝固界面多尺度性、以及湍流在揭示多尺度相界面结构中的作用等. ...
Study on mechanism of large bubble formation in slab continuous casting mould with argon blowing
1
2008
... 离散流界面尺度分布性问题源于离散气泡或非金属夹杂物的聚并和破碎效应,造成离散气泡或非金属夹杂物具有较大的尺度范围,并表现为小尺度相界面的不连续性.例如,初始均一粒径(近似) Ar气泡经上水口弥散砖或塞棒进入水口后,由于受到钢液湍流的作用,气泡间会发生强烈的聚并和破碎现象,造成进入结晶器内的Ar气泡具有较广的粒径范围,在结晶器内形成复杂的多尺度泡状流.冷态物理实验被广泛用于研究结晶器内的多尺度泡状流[18 ~25 ] ,研究者[22 ~25 ] 采用水模型实验分别测量了不同参数影响下的水口或结晶器内的气泡粒径分布,揭示了吹Ar连铸结晶器中气泡的分布及运动规律,发现水模型中可采集的气泡平均粒径范围在0.5~5 mm之间.近期,Wu等[25 ] 采用高速摄像机和ImageJ软件识别并成功提取了不同粒径气泡的运动轨迹,如图2 [25 ] 所示.采用低熔点合金和惰性气体模拟连铸结晶器中的多尺度泡状流也是常用的研究方法之一[26 ~31 ] ,如陈芝会等[26 ] 采用Pb-Sn-Bi合金研究了低频行波磁场下磁感应强度、拉速、吹Ar量对气泡运动行为及分布的影响;Timmel等[27 ,28 ] 利用X射线技术测量了GaInSn合金熔液中Ar气泡的数量和粒径分布,发现气泡粒径在1~10 mm之间;Ren等[29 ] 采用液态Hg和超声Doppler测速仪研究了电磁场对结晶器流场及液面波动的影响.然而这些实验均采用冷态水模型或低温合金实验,实际高温钢液内的Ar气泡运动状态仍不可直接观察和测量.目前,实际连铸坯中的气泡缺陷只能通过对铸坯成品进行检测得到,部分学者[12 ,32 ~34 ] 采用X射线技术、铸坯刨层检测等手段在凝固后的板坯中发现了不同尺寸的气泡类缺陷,气泡粒径(D m )在0.02~3 mm之间,并获得了气泡和非金属夹杂物在铸坯内的三维空间分布,如图3 [12 ] 所示. ...
Research of gas-containing ratio and argon bubbles distribution law in ultra-wide slab continuous casting mold
0
2011
Multiphase vortex flow patterns in slab caster mold: Experimental study
0
2017
Multiphase vortex flow patterns in slab caster mould: Insights of air vortex interaction and plant data analysis
0
2020
Dynamics of two-phase downwards flows in submerged entry nozzles and its influence on the two-phase flow in the mold
2
2005
... 离散流界面尺度分布性问题源于离散气泡或非金属夹杂物的聚并和破碎效应,造成离散气泡或非金属夹杂物具有较大的尺度范围,并表现为小尺度相界面的不连续性.例如,初始均一粒径(近似) Ar气泡经上水口弥散砖或塞棒进入水口后,由于受到钢液湍流的作用,气泡间会发生强烈的聚并和破碎现象,造成进入结晶器内的Ar气泡具有较广的粒径范围,在结晶器内形成复杂的多尺度泡状流.冷态物理实验被广泛用于研究结晶器内的多尺度泡状流[18 ~25 ] ,研究者[22 ~25 ] 采用水模型实验分别测量了不同参数影响下的水口或结晶器内的气泡粒径分布,揭示了吹Ar连铸结晶器中气泡的分布及运动规律,发现水模型中可采集的气泡平均粒径范围在0.5~5 mm之间.近期,Wu等[25 ] 采用高速摄像机和ImageJ软件识别并成功提取了不同粒径气泡的运动轨迹,如图2 [25 ] 所示.采用低熔点合金和惰性气体模拟连铸结晶器中的多尺度泡状流也是常用的研究方法之一[26 ~31 ] ,如陈芝会等[26 ] 采用Pb-Sn-Bi合金研究了低频行波磁场下磁感应强度、拉速、吹Ar量对气泡运动行为及分布的影响;Timmel等[27 ,28 ] 利用X射线技术测量了GaInSn合金熔液中Ar气泡的数量和粒径分布,发现气泡粒径在1~10 mm之间;Ren等[29 ] 采用液态Hg和超声Doppler测速仪研究了电磁场对结晶器流场及液面波动的影响.然而这些实验均采用冷态水模型或低温合金实验,实际高温钢液内的Ar气泡运动状态仍不可直接观察和测量.目前,实际连铸坯中的气泡缺陷只能通过对铸坯成品进行检测得到,部分学者[12 ,32 ~34 ] 采用X射线技术、铸坯刨层检测等手段在凝固后的板坯中发现了不同尺寸的气泡类缺陷,气泡粒径(D m )在0.02~3 mm之间,并获得了气泡和非金属夹杂物在铸坯内的三维空间分布,如图3 [12 ] 所示. ...
... 连铸结晶器内的高温熔体流动处于强烈的非稳态湍动状态,相界面结构受各相物理量的湍流脉动及多尺度涡的控制,因此湍流模型的有效性也是多尺度相界面描述的关键.根据湍流数值模拟对不同尺度涡的处理方法,相界面可以分为3类:确定型、统计型和过滤型.表1 给出了3种典型的湍流数值模拟方法.基于直接数值模拟(direct numerical simulation,DNS)的相界面属于确定型界面,但DNS除了受计算机容量的限制外,对于具有复杂边界问题的处理方法还未从理论上完全解决,目前难以应用于冶金工程尺度.基于Reynolds平均模拟(Reynolds-averaged Navier-Stokes,RANS)的相界面为统计型界面,它仍是目前结晶器内多相流研究的主流选择[40 ~44 ,48 ~51 ,144 ~151 ] ,但需要强调的是,此时相界面的微细结构以及湍流涡的多尺度效应被抹平,得到的是统计平均意义上的相界面,无法反映受不同尺度涡影响的界面运动和变形,例如,RANS k -ε (k 为湍动能,ε 为湍动能耗散率)模型预测的薄板坯连铸结晶器内的对称涡结构,与水模型实验的非对称结果不符[152 ] .大涡模拟(large eddy simulation,LES)通过过滤操作将湍流运动分解成大尺度涡和小尺度涡2部分,大尺度涡通过直接求解N-S方程获得,而小尺度涡则通过建立亚格子模型求解,因此得到的相界面属于过滤型界面.LES已成功地应用于结晶器内的单相流动计算[9 ~11 ,36 ,40 ,41 ,152 ~159 ] ,获得了钢液的瞬态非对称流场特征.研究者[22 ,35 ,36 ,50 ,100 ,107 ,108 ,160 ~164 ] 分别将LES模型与ICM或TFM耦合,获得了结晶器内的气液两相瞬态流动特征,如图14 [50 ] 所示,解决了以往湍流模型无法捕捉气相对液相造成的湍流脉动压力的难题,改善了局部湍流速度参数、气体流动速率、液体运动参数的预测精度,与实验测量结果吻合较好.但目前发展的所有亚格子模型均假定流动为湍流、充分发展和各向同性,不能适应强各向异性湍流的计算.而且在结晶器泡状流中,气泡的脉动运动会对高温熔体的湍流脉动产生影响(如气泡尾迹增大流体小尺度湍流),目前的亚格子模型中未考虑该项的作用.因此,在LES的应用中,适用于复杂各向异性的多相湍流的亚格子模型还有待于从机理上进行更深入的研究. ...
Effect of refractory properties on initial bubble formation in continuous-casting nozzles
0
2010
Bubble behavior and size distributions in stopper-rod nozzle and mold during continuous casting of steel slabs
0
2018
Experimental investigation of trajectories, velocities and size distributions of bubbles in a continuous-casting mold
6
2021
... 离散流界面尺度分布性问题源于离散气泡或非金属夹杂物的聚并和破碎效应,造成离散气泡或非金属夹杂物具有较大的尺度范围,并表现为小尺度相界面的不连续性.例如,初始均一粒径(近似) Ar气泡经上水口弥散砖或塞棒进入水口后,由于受到钢液湍流的作用,气泡间会发生强烈的聚并和破碎现象,造成进入结晶器内的Ar气泡具有较广的粒径范围,在结晶器内形成复杂的多尺度泡状流.冷态物理实验被广泛用于研究结晶器内的多尺度泡状流[18 ~25 ] ,研究者[22 ~25 ] 采用水模型实验分别测量了不同参数影响下的水口或结晶器内的气泡粒径分布,揭示了吹Ar连铸结晶器中气泡的分布及运动规律,发现水模型中可采集的气泡平均粒径范围在0.5~5 mm之间.近期,Wu等[25 ] 采用高速摄像机和ImageJ软件识别并成功提取了不同粒径气泡的运动轨迹,如图2 [25 ] 所示.采用低熔点合金和惰性气体模拟连铸结晶器中的多尺度泡状流也是常用的研究方法之一[26 ~31 ] ,如陈芝会等[26 ] 采用Pb-Sn-Bi合金研究了低频行波磁场下磁感应强度、拉速、吹Ar量对气泡运动行为及分布的影响;Timmel等[27 ,28 ] 利用X射线技术测量了GaInSn合金熔液中Ar气泡的数量和粒径分布,发现气泡粒径在1~10 mm之间;Ren等[29 ] 采用液态Hg和超声Doppler测速仪研究了电磁场对结晶器流场及液面波动的影响.然而这些实验均采用冷态水模型或低温合金实验,实际高温钢液内的Ar气泡运动状态仍不可直接观察和测量.目前,实际连铸坯中的气泡缺陷只能通过对铸坯成品进行检测得到,部分学者[12 ,32 ~34 ] 采用X射线技术、铸坯刨层检测等手段在凝固后的板坯中发现了不同尺寸的气泡类缺陷,气泡粒径(D m )在0.02~3 mm之间,并获得了气泡和非金属夹杂物在铸坯内的三维空间分布,如图3 [12 ] 所示. ...
... ~25 ]采用水模型实验分别测量了不同参数影响下的水口或结晶器内的气泡粒径分布,揭示了吹Ar连铸结晶器中气泡的分布及运动规律,发现水模型中可采集的气泡平均粒径范围在0.5~5 mm之间.近期,Wu等[25 ] 采用高速摄像机和ImageJ软件识别并成功提取了不同粒径气泡的运动轨迹,如图2 [25 ] 所示.采用低熔点合金和惰性气体模拟连铸结晶器中的多尺度泡状流也是常用的研究方法之一[26 ~31 ] ,如陈芝会等[26 ] 采用Pb-Sn-Bi合金研究了低频行波磁场下磁感应强度、拉速、吹Ar量对气泡运动行为及分布的影响;Timmel等[27 ,28 ] 利用X射线技术测量了GaInSn合金熔液中Ar气泡的数量和粒径分布,发现气泡粒径在1~10 mm之间;Ren等[29 ] 采用液态Hg和超声Doppler测速仪研究了电磁场对结晶器流场及液面波动的影响.然而这些实验均采用冷态水模型或低温合金实验,实际高温钢液内的Ar气泡运动状态仍不可直接观察和测量.目前,实际连铸坯中的气泡缺陷只能通过对铸坯成品进行检测得到,部分学者[12 ,32 ~34 ] 采用X射线技术、铸坯刨层检测等手段在凝固后的板坯中发现了不同尺寸的气泡类缺陷,气泡粒径(D m )在0.02~3 mm之间,并获得了气泡和非金属夹杂物在铸坯内的三维空间分布,如图3 [12 ] 所示. ...
... [25 ]采用高速摄像机和ImageJ软件识别并成功提取了不同粒径气泡的运动轨迹,如图2 [25 ] 所示.采用低熔点合金和惰性气体模拟连铸结晶器中的多尺度泡状流也是常用的研究方法之一[26 ~31 ] ,如陈芝会等[26 ] 采用Pb-Sn-Bi合金研究了低频行波磁场下磁感应强度、拉速、吹Ar量对气泡运动行为及分布的影响;Timmel等[27 ,28 ] 利用X射线技术测量了GaInSn合金熔液中Ar气泡的数量和粒径分布,发现气泡粒径在1~10 mm之间;Ren等[29 ] 采用液态Hg和超声Doppler测速仪研究了电磁场对结晶器流场及液面波动的影响.然而这些实验均采用冷态水模型或低温合金实验,实际高温钢液内的Ar气泡运动状态仍不可直接观察和测量.目前,实际连铸坯中的气泡缺陷只能通过对铸坯成品进行检测得到,部分学者[12 ,32 ~34 ] 采用X射线技术、铸坯刨层检测等手段在凝固后的板坯中发现了不同尺寸的气泡类缺陷,气泡粒径(D m )在0.02~3 mm之间,并获得了气泡和非金属夹杂物在铸坯内的三维空间分布,如图3 [12 ] 所示. ...
... [25 ]所示.采用低熔点合金和惰性气体模拟连铸结晶器中的多尺度泡状流也是常用的研究方法之一[26 ~31 ] ,如陈芝会等[26 ] 采用Pb-Sn-Bi合金研究了低频行波磁场下磁感应强度、拉速、吹Ar量对气泡运动行为及分布的影响;Timmel等[27 ,28 ] 利用X射线技术测量了GaInSn合金熔液中Ar气泡的数量和粒径分布,发现气泡粒径在1~10 mm之间;Ren等[29 ] 采用液态Hg和超声Doppler测速仪研究了电磁场对结晶器流场及液面波动的影响.然而这些实验均采用冷态水模型或低温合金实验,实际高温钢液内的Ar气泡运动状态仍不可直接观察和测量.目前,实际连铸坯中的气泡缺陷只能通过对铸坯成品进行检测得到,部分学者[12 ,32 ~34 ] 采用X射线技术、铸坯刨层检测等手段在凝固后的板坯中发现了不同尺寸的气泡类缺陷,气泡粒径(D m )在0.02~3 mm之间,并获得了气泡和非金属夹杂物在铸坯内的三维空间分布,如图3 [12 ] 所示. ...
... [
25 ]
Trajectories of bubbles with different sizes[25 ] (a) 1-1.5 mm (b) 1.5-2 mm (c) 2-2.5 mm (d) > 2.5 mm ...
... [
25 ]
(a) 1-1.5 mm (b) 1.5-2 mm (c) 2-2.5 mm (d) > 2.5 mm ...
行波磁场下吹Ar过程中结晶器内气泡行为的研究
2
2012
... 离散流界面尺度分布性问题源于离散气泡或非金属夹杂物的聚并和破碎效应,造成离散气泡或非金属夹杂物具有较大的尺度范围,并表现为小尺度相界面的不连续性.例如,初始均一粒径(近似) Ar气泡经上水口弥散砖或塞棒进入水口后,由于受到钢液湍流的作用,气泡间会发生强烈的聚并和破碎现象,造成进入结晶器内的Ar气泡具有较广的粒径范围,在结晶器内形成复杂的多尺度泡状流.冷态物理实验被广泛用于研究结晶器内的多尺度泡状流[18 ~25 ] ,研究者[22 ~25 ] 采用水模型实验分别测量了不同参数影响下的水口或结晶器内的气泡粒径分布,揭示了吹Ar连铸结晶器中气泡的分布及运动规律,发现水模型中可采集的气泡平均粒径范围在0.5~5 mm之间.近期,Wu等[25 ] 采用高速摄像机和ImageJ软件识别并成功提取了不同粒径气泡的运动轨迹,如图2 [25 ] 所示.采用低熔点合金和惰性气体模拟连铸结晶器中的多尺度泡状流也是常用的研究方法之一[26 ~31 ] ,如陈芝会等[26 ] 采用Pb-Sn-Bi合金研究了低频行波磁场下磁感应强度、拉速、吹Ar量对气泡运动行为及分布的影响;Timmel等[27 ,28 ] 利用X射线技术测量了GaInSn合金熔液中Ar气泡的数量和粒径分布,发现气泡粒径在1~10 mm之间;Ren等[29 ] 采用液态Hg和超声Doppler测速仪研究了电磁场对结晶器流场及液面波动的影响.然而这些实验均采用冷态水模型或低温合金实验,实际高温钢液内的Ar气泡运动状态仍不可直接观察和测量.目前,实际连铸坯中的气泡缺陷只能通过对铸坯成品进行检测得到,部分学者[12 ,32 ~34 ] 采用X射线技术、铸坯刨层检测等手段在凝固后的板坯中发现了不同尺寸的气泡类缺陷,气泡粒径(D m )在0.02~3 mm之间,并获得了气泡和非金属夹杂物在铸坯内的三维空间分布,如图3 [12 ] 所示. ...
... [26 ]采用Pb-Sn-Bi合金研究了低频行波磁场下磁感应强度、拉速、吹Ar量对气泡运动行为及分布的影响;Timmel等[27 ,28 ] 利用X射线技术测量了GaInSn合金熔液中Ar气泡的数量和粒径分布,发现气泡粒径在1~10 mm之间;Ren等[29 ] 采用液态Hg和超声Doppler测速仪研究了电磁场对结晶器流场及液面波动的影响.然而这些实验均采用冷态水模型或低温合金实验,实际高温钢液内的Ar气泡运动状态仍不可直接观察和测量.目前,实际连铸坯中的气泡缺陷只能通过对铸坯成品进行检测得到,部分学者[12 ,32 ~34 ] 采用X射线技术、铸坯刨层检测等手段在凝固后的板坯中发现了不同尺寸的气泡类缺陷,气泡粒径(D m )在0.02~3 mm之间,并获得了气泡和非金属夹杂物在铸坯内的三维空间分布,如图3 [12 ] 所示. ...
行波磁场下吹Ar过程中结晶器内气泡行为的研究
2
2012
... 离散流界面尺度分布性问题源于离散气泡或非金属夹杂物的聚并和破碎效应,造成离散气泡或非金属夹杂物具有较大的尺度范围,并表现为小尺度相界面的不连续性.例如,初始均一粒径(近似) Ar气泡经上水口弥散砖或塞棒进入水口后,由于受到钢液湍流的作用,气泡间会发生强烈的聚并和破碎现象,造成进入结晶器内的Ar气泡具有较广的粒径范围,在结晶器内形成复杂的多尺度泡状流.冷态物理实验被广泛用于研究结晶器内的多尺度泡状流[18 ~25 ] ,研究者[22 ~25 ] 采用水模型实验分别测量了不同参数影响下的水口或结晶器内的气泡粒径分布,揭示了吹Ar连铸结晶器中气泡的分布及运动规律,发现水模型中可采集的气泡平均粒径范围在0.5~5 mm之间.近期,Wu等[25 ] 采用高速摄像机和ImageJ软件识别并成功提取了不同粒径气泡的运动轨迹,如图2 [25 ] 所示.采用低熔点合金和惰性气体模拟连铸结晶器中的多尺度泡状流也是常用的研究方法之一[26 ~31 ] ,如陈芝会等[26 ] 采用Pb-Sn-Bi合金研究了低频行波磁场下磁感应强度、拉速、吹Ar量对气泡运动行为及分布的影响;Timmel等[27 ,28 ] 利用X射线技术测量了GaInSn合金熔液中Ar气泡的数量和粒径分布,发现气泡粒径在1~10 mm之间;Ren等[29 ] 采用液态Hg和超声Doppler测速仪研究了电磁场对结晶器流场及液面波动的影响.然而这些实验均采用冷态水模型或低温合金实验,实际高温钢液内的Ar气泡运动状态仍不可直接观察和测量.目前,实际连铸坯中的气泡缺陷只能通过对铸坯成品进行检测得到,部分学者[12 ,32 ~34 ] 采用X射线技术、铸坯刨层检测等手段在凝固后的板坯中发现了不同尺寸的气泡类缺陷,气泡粒径(D m )在0.02~3 mm之间,并获得了气泡和非金属夹杂物在铸坯内的三维空间分布,如图3 [12 ] 所示. ...
... [26 ]采用Pb-Sn-Bi合金研究了低频行波磁场下磁感应强度、拉速、吹Ar量对气泡运动行为及分布的影响;Timmel等[27 ,28 ] 利用X射线技术测量了GaInSn合金熔液中Ar气泡的数量和粒径分布,发现气泡粒径在1~10 mm之间;Ren等[29 ] 采用液态Hg和超声Doppler测速仪研究了电磁场对结晶器流场及液面波动的影响.然而这些实验均采用冷态水模型或低温合金实验,实际高温钢液内的Ar气泡运动状态仍不可直接观察和测量.目前,实际连铸坯中的气泡缺陷只能通过对铸坯成品进行检测得到,部分学者[12 ,32 ~34 ] 采用X射线技术、铸坯刨层检测等手段在凝固后的板坯中发现了不同尺寸的气泡类缺陷,气泡粒径(D m )在0.02~3 mm之间,并获得了气泡和非金属夹杂物在铸坯内的三维空间分布,如图3 [12 ] 所示. ...
Experimental modeling of the continuous casting process of steel using low melting point metal alloys—The LIMMCAST program
1
2010
... 离散流界面尺度分布性问题源于离散气泡或非金属夹杂物的聚并和破碎效应,造成离散气泡或非金属夹杂物具有较大的尺度范围,并表现为小尺度相界面的不连续性.例如,初始均一粒径(近似) Ar气泡经上水口弥散砖或塞棒进入水口后,由于受到钢液湍流的作用,气泡间会发生强烈的聚并和破碎现象,造成进入结晶器内的Ar气泡具有较广的粒径范围,在结晶器内形成复杂的多尺度泡状流.冷态物理实验被广泛用于研究结晶器内的多尺度泡状流[18 ~25 ] ,研究者[22 ~25 ] 采用水模型实验分别测量了不同参数影响下的水口或结晶器内的气泡粒径分布,揭示了吹Ar连铸结晶器中气泡的分布及运动规律,发现水模型中可采集的气泡平均粒径范围在0.5~5 mm之间.近期,Wu等[25 ] 采用高速摄像机和ImageJ软件识别并成功提取了不同粒径气泡的运动轨迹,如图2 [25 ] 所示.采用低熔点合金和惰性气体模拟连铸结晶器中的多尺度泡状流也是常用的研究方法之一[26 ~31 ] ,如陈芝会等[26 ] 采用Pb-Sn-Bi合金研究了低频行波磁场下磁感应强度、拉速、吹Ar量对气泡运动行为及分布的影响;Timmel等[27 ,28 ] 利用X射线技术测量了GaInSn合金熔液中Ar气泡的数量和粒径分布,发现气泡粒径在1~10 mm之间;Ren等[29 ] 采用液态Hg和超声Doppler测速仪研究了电磁场对结晶器流场及液面波动的影响.然而这些实验均采用冷态水模型或低温合金实验,实际高温钢液内的Ar气泡运动状态仍不可直接观察和测量.目前,实际连铸坯中的气泡缺陷只能通过对铸坯成品进行检测得到,部分学者[12 ,32 ~34 ] 采用X射线技术、铸坯刨层检测等手段在凝固后的板坯中发现了不同尺寸的气泡类缺陷,气泡粒径(D m )在0.02~3 mm之间,并获得了气泡和非金属夹杂物在铸坯内的三维空间分布,如图3 [12 ] 所示. ...
Visualization of liquid metal two-phase flows in a physical model of the continuous casting process of steel
1
2015
... 离散流界面尺度分布性问题源于离散气泡或非金属夹杂物的聚并和破碎效应,造成离散气泡或非金属夹杂物具有较大的尺度范围,并表现为小尺度相界面的不连续性.例如,初始均一粒径(近似) Ar气泡经上水口弥散砖或塞棒进入水口后,由于受到钢液湍流的作用,气泡间会发生强烈的聚并和破碎现象,造成进入结晶器内的Ar气泡具有较广的粒径范围,在结晶器内形成复杂的多尺度泡状流.冷态物理实验被广泛用于研究结晶器内的多尺度泡状流[18 ~25 ] ,研究者[22 ~25 ] 采用水模型实验分别测量了不同参数影响下的水口或结晶器内的气泡粒径分布,揭示了吹Ar连铸结晶器中气泡的分布及运动规律,发现水模型中可采集的气泡平均粒径范围在0.5~5 mm之间.近期,Wu等[25 ] 采用高速摄像机和ImageJ软件识别并成功提取了不同粒径气泡的运动轨迹,如图2 [25 ] 所示.采用低熔点合金和惰性气体模拟连铸结晶器中的多尺度泡状流也是常用的研究方法之一[26 ~31 ] ,如陈芝会等[26 ] 采用Pb-Sn-Bi合金研究了低频行波磁场下磁感应强度、拉速、吹Ar量对气泡运动行为及分布的影响;Timmel等[27 ,28 ] 利用X射线技术测量了GaInSn合金熔液中Ar气泡的数量和粒径分布,发现气泡粒径在1~10 mm之间;Ren等[29 ] 采用液态Hg和超声Doppler测速仪研究了电磁场对结晶器流场及液面波动的影响.然而这些实验均采用冷态水模型或低温合金实验,实际高温钢液内的Ar气泡运动状态仍不可直接观察和测量.目前,实际连铸坯中的气泡缺陷只能通过对铸坯成品进行检测得到,部分学者[12 ,32 ~34 ] 采用X射线技术、铸坯刨层检测等手段在凝固后的板坯中发现了不同尺寸的气泡类缺陷,气泡粒径(D m )在0.02~3 mm之间,并获得了气泡和非金属夹杂物在铸坯内的三维空间分布,如图3 [12 ] 所示. ...
Experimental investigation of fluid flow in CC mold with electromagnetic filed
1
2011
... 离散流界面尺度分布性问题源于离散气泡或非金属夹杂物的聚并和破碎效应,造成离散气泡或非金属夹杂物具有较大的尺度范围,并表现为小尺度相界面的不连续性.例如,初始均一粒径(近似) Ar气泡经上水口弥散砖或塞棒进入水口后,由于受到钢液湍流的作用,气泡间会发生强烈的聚并和破碎现象,造成进入结晶器内的Ar气泡具有较广的粒径范围,在结晶器内形成复杂的多尺度泡状流.冷态物理实验被广泛用于研究结晶器内的多尺度泡状流[18 ~25 ] ,研究者[22 ~25 ] 采用水模型实验分别测量了不同参数影响下的水口或结晶器内的气泡粒径分布,揭示了吹Ar连铸结晶器中气泡的分布及运动规律,发现水模型中可采集的气泡平均粒径范围在0.5~5 mm之间.近期,Wu等[25 ] 采用高速摄像机和ImageJ软件识别并成功提取了不同粒径气泡的运动轨迹,如图2 [25 ] 所示.采用低熔点合金和惰性气体模拟连铸结晶器中的多尺度泡状流也是常用的研究方法之一[26 ~31 ] ,如陈芝会等[26 ] 采用Pb-Sn-Bi合金研究了低频行波磁场下磁感应强度、拉速、吹Ar量对气泡运动行为及分布的影响;Timmel等[27 ,28 ] 利用X射线技术测量了GaInSn合金熔液中Ar气泡的数量和粒径分布,发现气泡粒径在1~10 mm之间;Ren等[29 ] 采用液态Hg和超声Doppler测速仪研究了电磁场对结晶器流场及液面波动的影响.然而这些实验均采用冷态水模型或低温合金实验,实际高温钢液内的Ar气泡运动状态仍不可直接观察和测量.目前,实际连铸坯中的气泡缺陷只能通过对铸坯成品进行检测得到,部分学者[12 ,32 ~34 ] 采用X射线技术、铸坯刨层检测等手段在凝固后的板坯中发现了不同尺寸的气泡类缺陷,气泡粒径(D m )在0.02~3 mm之间,并获得了气泡和非金属夹杂物在铸坯内的三维空间分布,如图3 [12 ] 所示. ...
A study for initial solidification of Sn-Pb alloy during continuous casting: Part I. The development of the technique
0
2014
A study for initial solidification of Sn-Pb alloy during continuous casting: Part II. Effects of casting parameters on initial solidification and shell surface
1
2014
... 离散流界面尺度分布性问题源于离散气泡或非金属夹杂物的聚并和破碎效应,造成离散气泡或非金属夹杂物具有较大的尺度范围,并表现为小尺度相界面的不连续性.例如,初始均一粒径(近似) Ar气泡经上水口弥散砖或塞棒进入水口后,由于受到钢液湍流的作用,气泡间会发生强烈的聚并和破碎现象,造成进入结晶器内的Ar气泡具有较广的粒径范围,在结晶器内形成复杂的多尺度泡状流.冷态物理实验被广泛用于研究结晶器内的多尺度泡状流[18 ~25 ] ,研究者[22 ~25 ] 采用水模型实验分别测量了不同参数影响下的水口或结晶器内的气泡粒径分布,揭示了吹Ar连铸结晶器中气泡的分布及运动规律,发现水模型中可采集的气泡平均粒径范围在0.5~5 mm之间.近期,Wu等[25 ] 采用高速摄像机和ImageJ软件识别并成功提取了不同粒径气泡的运动轨迹,如图2 [25 ] 所示.采用低熔点合金和惰性气体模拟连铸结晶器中的多尺度泡状流也是常用的研究方法之一[26 ~31 ] ,如陈芝会等[26 ] 采用Pb-Sn-Bi合金研究了低频行波磁场下磁感应强度、拉速、吹Ar量对气泡运动行为及分布的影响;Timmel等[27 ,28 ] 利用X射线技术测量了GaInSn合金熔液中Ar气泡的数量和粒径分布,发现气泡粒径在1~10 mm之间;Ren等[29 ] 采用液态Hg和超声Doppler测速仪研究了电磁场对结晶器流场及液面波动的影响.然而这些实验均采用冷态水模型或低温合金实验,实际高温钢液内的Ar气泡运动状态仍不可直接观察和测量.目前,实际连铸坯中的气泡缺陷只能通过对铸坯成品进行检测得到,部分学者[12 ,32 ~34 ] 采用X射线技术、铸坯刨层检测等手段在凝固后的板坯中发现了不同尺寸的气泡类缺陷,气泡粒径(D m )在0.02~3 mm之间,并获得了气泡和非金属夹杂物在铸坯内的三维空间分布,如图3 [12 ] 所示. ...
Influence of sulphur content and molten steel flow on entrapment of bubbles to solid/liquid interface
1
2006
... 离散流界面尺度分布性问题源于离散气泡或非金属夹杂物的聚并和破碎效应,造成离散气泡或非金属夹杂物具有较大的尺度范围,并表现为小尺度相界面的不连续性.例如,初始均一粒径(近似) Ar气泡经上水口弥散砖或塞棒进入水口后,由于受到钢液湍流的作用,气泡间会发生强烈的聚并和破碎现象,造成进入结晶器内的Ar气泡具有较广的粒径范围,在结晶器内形成复杂的多尺度泡状流.冷态物理实验被广泛用于研究结晶器内的多尺度泡状流[18 ~25 ] ,研究者[22 ~25 ] 采用水模型实验分别测量了不同参数影响下的水口或结晶器内的气泡粒径分布,揭示了吹Ar连铸结晶器中气泡的分布及运动规律,发现水模型中可采集的气泡平均粒径范围在0.5~5 mm之间.近期,Wu等[25 ] 采用高速摄像机和ImageJ软件识别并成功提取了不同粒径气泡的运动轨迹,如图2 [25 ] 所示.采用低熔点合金和惰性气体模拟连铸结晶器中的多尺度泡状流也是常用的研究方法之一[26 ~31 ] ,如陈芝会等[26 ] 采用Pb-Sn-Bi合金研究了低频行波磁场下磁感应强度、拉速、吹Ar量对气泡运动行为及分布的影响;Timmel等[27 ,28 ] 利用X射线技术测量了GaInSn合金熔液中Ar气泡的数量和粒径分布,发现气泡粒径在1~10 mm之间;Ren等[29 ] 采用液态Hg和超声Doppler测速仪研究了电磁场对结晶器流场及液面波动的影响.然而这些实验均采用冷态水模型或低温合金实验,实际高温钢液内的Ar气泡运动状态仍不可直接观察和测量.目前,实际连铸坯中的气泡缺陷只能通过对铸坯成品进行检测得到,部分学者[12 ,32 ~34 ] 采用X射线技术、铸坯刨层检测等手段在凝固后的板坯中发现了不同尺寸的气泡类缺陷,气泡粒径(D m )在0.02~3 mm之间,并获得了气泡和非金属夹杂物在铸坯内的三维空间分布,如图3 [12 ] 所示. ...
Argon bubbles in slabs, a non-homogeneous distribution
0
1997
An investigation on the mechanism of gas bubbles/inclusions entrapment in the solidified steel shell
1
... 离散流界面尺度分布性问题源于离散气泡或非金属夹杂物的聚并和破碎效应,造成离散气泡或非金属夹杂物具有较大的尺度范围,并表现为小尺度相界面的不连续性.例如,初始均一粒径(近似) Ar气泡经上水口弥散砖或塞棒进入水口后,由于受到钢液湍流的作用,气泡间会发生强烈的聚并和破碎现象,造成进入结晶器内的Ar气泡具有较广的粒径范围,在结晶器内形成复杂的多尺度泡状流.冷态物理实验被广泛用于研究结晶器内的多尺度泡状流[18 ~25 ] ,研究者[22 ~25 ] 采用水模型实验分别测量了不同参数影响下的水口或结晶器内的气泡粒径分布,揭示了吹Ar连铸结晶器中气泡的分布及运动规律,发现水模型中可采集的气泡平均粒径范围在0.5~5 mm之间.近期,Wu等[25 ] 采用高速摄像机和ImageJ软件识别并成功提取了不同粒径气泡的运动轨迹,如图2 [25 ] 所示.采用低熔点合金和惰性气体模拟连铸结晶器中的多尺度泡状流也是常用的研究方法之一[26 ~31 ] ,如陈芝会等[26 ] 采用Pb-Sn-Bi合金研究了低频行波磁场下磁感应强度、拉速、吹Ar量对气泡运动行为及分布的影响;Timmel等[27 ,28 ] 利用X射线技术测量了GaInSn合金熔液中Ar气泡的数量和粒径分布,发现气泡粒径在1~10 mm之间;Ren等[29 ] 采用液态Hg和超声Doppler测速仪研究了电磁场对结晶器流场及液面波动的影响.然而这些实验均采用冷态水模型或低温合金实验,实际高温钢液内的Ar气泡运动状态仍不可直接观察和测量.目前,实际连铸坯中的气泡缺陷只能通过对铸坯成品进行检测得到,部分学者[12 ,32 ~34 ] 采用X射线技术、铸坯刨层检测等手段在凝固后的板坯中发现了不同尺寸的气泡类缺陷,气泡粒径(D m )在0.02~3 mm之间,并获得了气泡和非金属夹杂物在铸坯内的三维空间分布,如图3 [12 ] 所示. ...
Transport and entrapment of particles in steel continuous casting
3
2014
... 由于多相流体系大多是非线性、非平衡的,从实验和理论的角度研究体系的时空多尺度相界面结构还有很大困难,而且高温钢液不易直接观察和测量,因此计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)成为研究高温熔体多相流不可或缺的关键手段,有助于从物理层面理解流动机制并为工程应用提供相关的分布型数据.基于连续介质假设的经典力学方法,存在Euler和Lagrange 2种体系,其中Lagrange体系如离散相模型(discrete phase model,DPM)能够相对容易地描述离散粒子的运动行为,因而在求解结晶器内非金属夹杂物、Ar气泡的运动行为及分布的研究中得到广泛应用[35 ~45 ] ,研究者[9 ~11 ,35 ~41 ] 建立了不同机理的夹杂物/气泡捕捉模型,揭示了气泡/夹杂物在结晶器内的运动和捕捉位置,如图5 [10 ] 所示.Zhang等[44 ] 和Yang等[45 ] 通过在DPM中引入气泡的聚并和破碎模型,分析了结晶器内的多尺寸泡状流运动特征.但Lagrange体系存在2点不足:一是忽略了离散相颗粒体积,无法给出几何意义上的相界面;二是涉及大量粒子时对计算机性能要求过高.针对小尺度相界面(小于网格尺寸)不连续性问题,一种基于平均场的Euler-Euler双流体模型(two-fluid model,TFM)展示了较好的适用性,该模型简化了小尺度相界面的几何边界描述,并在源项中添加了相间作用项.部分研究者[46 ~53 ] 采用单一气泡粒径的TFM研究了结晶器内气液两相流动行为,得到了气液两相流动的宏观相分布规律,如Liu等[51 ] 通过模拟预测得到了与实际现场发现的渣眼现象吻合较好的预测结果,见图6 [51 ] . ...
... ,35 ~41 ]建立了不同机理的夹杂物/气泡捕捉模型,揭示了气泡/夹杂物在结晶器内的运动和捕捉位置,如图5 [10 ] 所示.Zhang等[44 ] 和Yang等[45 ] 通过在DPM中引入气泡的聚并和破碎模型,分析了结晶器内的多尺寸泡状流运动特征.但Lagrange体系存在2点不足:一是忽略了离散相颗粒体积,无法给出几何意义上的相界面;二是涉及大量粒子时对计算机性能要求过高.针对小尺度相界面(小于网格尺寸)不连续性问题,一种基于平均场的Euler-Euler双流体模型(two-fluid model,TFM)展示了较好的适用性,该模型简化了小尺度相界面的几何边界描述,并在源项中添加了相间作用项.部分研究者[46 ~53 ] 采用单一气泡粒径的TFM研究了结晶器内气液两相流动行为,得到了气液两相流动的宏观相分布规律,如Liu等[51 ] 通过模拟预测得到了与实际现场发现的渣眼现象吻合较好的预测结果,见图6 [51 ] . ...
... 连铸结晶器内的高温熔体流动处于强烈的非稳态湍动状态,相界面结构受各相物理量的湍流脉动及多尺度涡的控制,因此湍流模型的有效性也是多尺度相界面描述的关键.根据湍流数值模拟对不同尺度涡的处理方法,相界面可以分为3类:确定型、统计型和过滤型.表1 给出了3种典型的湍流数值模拟方法.基于直接数值模拟(direct numerical simulation,DNS)的相界面属于确定型界面,但DNS除了受计算机容量的限制外,对于具有复杂边界问题的处理方法还未从理论上完全解决,目前难以应用于冶金工程尺度.基于Reynolds平均模拟(Reynolds-averaged Navier-Stokes,RANS)的相界面为统计型界面,它仍是目前结晶器内多相流研究的主流选择[40 ~44 ,48 ~51 ,144 ~151 ] ,但需要强调的是,此时相界面的微细结构以及湍流涡的多尺度效应被抹平,得到的是统计平均意义上的相界面,无法反映受不同尺度涡影响的界面运动和变形,例如,RANS k -ε (k 为湍动能,ε 为湍动能耗散率)模型预测的薄板坯连铸结晶器内的对称涡结构,与水模型实验的非对称结果不符[152 ] .大涡模拟(large eddy simulation,LES)通过过滤操作将湍流运动分解成大尺度涡和小尺度涡2部分,大尺度涡通过直接求解N-S方程获得,而小尺度涡则通过建立亚格子模型求解,因此得到的相界面属于过滤型界面.LES已成功地应用于结晶器内的单相流动计算[9 ~11 ,36 ,40 ,41 ,152 ~159 ] ,获得了钢液的瞬态非对称流场特征.研究者[22 ,35 ,36 ,50 ,100 ,107 ,108 ,160 ~164 ] 分别将LES模型与ICM或TFM耦合,获得了结晶器内的气液两相瞬态流动特征,如图14 [50 ] 所示,解决了以往湍流模型无法捕捉气相对液相造成的湍流脉动压力的难题,改善了局部湍流速度参数、气体流动速率、液体运动参数的预测精度,与实验测量结果吻合较好.但目前发展的所有亚格子模型均假定流动为湍流、充分发展和各向同性,不能适应强各向异性湍流的计算.而且在结晶器泡状流中,气泡的脉动运动会对高温熔体的湍流脉动产生影响(如气泡尾迹增大流体小尺度湍流),目前的亚格子模型中未考虑该项的作用.因此,在LES的应用中,适用于复杂各向异性的多相湍流的亚格子模型还有待于从机理上进行更深入的研究. ...
Transient two-phase flow in slide-gate nozzle and mold of continuous steel slab casting with and without double-ruler electro-magnetic braking
2
2016
... 连铸结晶器内的高温熔体流动处于强烈的非稳态湍动状态,相界面结构受各相物理量的湍流脉动及多尺度涡的控制,因此湍流模型的有效性也是多尺度相界面描述的关键.根据湍流数值模拟对不同尺度涡的处理方法,相界面可以分为3类:确定型、统计型和过滤型.表1 给出了3种典型的湍流数值模拟方法.基于直接数值模拟(direct numerical simulation,DNS)的相界面属于确定型界面,但DNS除了受计算机容量的限制外,对于具有复杂边界问题的处理方法还未从理论上完全解决,目前难以应用于冶金工程尺度.基于Reynolds平均模拟(Reynolds-averaged Navier-Stokes,RANS)的相界面为统计型界面,它仍是目前结晶器内多相流研究的主流选择[40 ~44 ,48 ~51 ,144 ~151 ] ,但需要强调的是,此时相界面的微细结构以及湍流涡的多尺度效应被抹平,得到的是统计平均意义上的相界面,无法反映受不同尺度涡影响的界面运动和变形,例如,RANS k -ε (k 为湍动能,ε 为湍动能耗散率)模型预测的薄板坯连铸结晶器内的对称涡结构,与水模型实验的非对称结果不符[152 ] .大涡模拟(large eddy simulation,LES)通过过滤操作将湍流运动分解成大尺度涡和小尺度涡2部分,大尺度涡通过直接求解N-S方程获得,而小尺度涡则通过建立亚格子模型求解,因此得到的相界面属于过滤型界面.LES已成功地应用于结晶器内的单相流动计算[9 ~11 ,36 ,40 ,41 ,152 ~159 ] ,获得了钢液的瞬态非对称流场特征.研究者[22 ,35 ,36 ,50 ,100 ,107 ,108 ,160 ~164 ] 分别将LES模型与ICM或TFM耦合,获得了结晶器内的气液两相瞬态流动特征,如图14 [50 ] 所示,解决了以往湍流模型无法捕捉气相对液相造成的湍流脉动压力的难题,改善了局部湍流速度参数、气体流动速率、液体运动参数的预测精度,与实验测量结果吻合较好.但目前发展的所有亚格子模型均假定流动为湍流、充分发展和各向同性,不能适应强各向异性湍流的计算.而且在结晶器泡状流中,气泡的脉动运动会对高温熔体的湍流脉动产生影响(如气泡尾迹增大流体小尺度湍流),目前的亚格子模型中未考虑该项的作用.因此,在LES的应用中,适用于复杂各向异性的多相湍流的亚格子模型还有待于从机理上进行更深入的研究. ...
... ,36 ,50 ,100 ,107 ,108 ,160 ~164 ]分别将LES模型与ICM或TFM耦合,获得了结晶器内的气液两相瞬态流动特征,如图14 [50 ] 所示,解决了以往湍流模型无法捕捉气相对液相造成的湍流脉动压力的难题,改善了局部湍流速度参数、气体流动速率、液体运动参数的预测精度,与实验测量结果吻合较好.但目前发展的所有亚格子模型均假定流动为湍流、充分发展和各向同性,不能适应强各向异性湍流的计算.而且在结晶器泡状流中,气泡的脉动运动会对高温熔体的湍流脉动产生影响(如气泡尾迹增大流体小尺度湍流),目前的亚格子模型中未考虑该项的作用.因此,在LES的应用中,适用于复杂各向异性的多相湍流的亚格子模型还有待于从机理上进行更深入的研究. ...
Solidification and particle entrapment during continuous casting of steel
0
2008
Effects of interphase forces on multiphase flow and bubble distribution in continuous casting strands
0
2021
Modeling the entrapment of nonmetallic inclusions in steel continuous-casting billets
0
2012
Transient asymmetric flow and bubble transport inside a slab continuous-casting mold
2
2014
... 连铸结晶器内的高温熔体流动处于强烈的非稳态湍动状态,相界面结构受各相物理量的湍流脉动及多尺度涡的控制,因此湍流模型的有效性也是多尺度相界面描述的关键.根据湍流数值模拟对不同尺度涡的处理方法,相界面可以分为3类:确定型、统计型和过滤型.表1 给出了3种典型的湍流数值模拟方法.基于直接数值模拟(direct numerical simulation,DNS)的相界面属于确定型界面,但DNS除了受计算机容量的限制外,对于具有复杂边界问题的处理方法还未从理论上完全解决,目前难以应用于冶金工程尺度.基于Reynolds平均模拟(Reynolds-averaged Navier-Stokes,RANS)的相界面为统计型界面,它仍是目前结晶器内多相流研究的主流选择[40 ~44 ,48 ~51 ,144 ~151 ] ,但需要强调的是,此时相界面的微细结构以及湍流涡的多尺度效应被抹平,得到的是统计平均意义上的相界面,无法反映受不同尺度涡影响的界面运动和变形,例如,RANS k -ε (k 为湍动能,ε 为湍动能耗散率)模型预测的薄板坯连铸结晶器内的对称涡结构,与水模型实验的非对称结果不符[152 ] .大涡模拟(large eddy simulation,LES)通过过滤操作将湍流运动分解成大尺度涡和小尺度涡2部分,大尺度涡通过直接求解N-S方程获得,而小尺度涡则通过建立亚格子模型求解,因此得到的相界面属于过滤型界面.LES已成功地应用于结晶器内的单相流动计算[9 ~11 ,36 ,40 ,41 ,152 ~159 ] ,获得了钢液的瞬态非对称流场特征.研究者[22 ,35 ,36 ,50 ,100 ,107 ,108 ,160 ~164 ] 分别将LES模型与ICM或TFM耦合,获得了结晶器内的气液两相瞬态流动特征,如图14 [50 ] 所示,解决了以往湍流模型无法捕捉气相对液相造成的湍流脉动压力的难题,改善了局部湍流速度参数、气体流动速率、液体运动参数的预测精度,与实验测量结果吻合较好.但目前发展的所有亚格子模型均假定流动为湍流、充分发展和各向同性,不能适应强各向异性湍流的计算.而且在结晶器泡状流中,气泡的脉动运动会对高温熔体的湍流脉动产生影响(如气泡尾迹增大流体小尺度湍流),目前的亚格子模型中未考虑该项的作用.因此,在LES的应用中,适用于复杂各向异性的多相湍流的亚格子模型还有待于从机理上进行更深入的研究. ...
... ,40 ,41 ,152 ~159 ],获得了钢液的瞬态非对称流场特征.研究者[22 ,35 ,36 ,50 ,100 ,107 ,108 ,160 ~164 ] 分别将LES模型与ICM或TFM耦合,获得了结晶器内的气液两相瞬态流动特征,如图14 [50 ] 所示,解决了以往湍流模型无法捕捉气相对液相造成的湍流脉动压力的难题,改善了局部湍流速度参数、气体流动速率、液体运动参数的预测精度,与实验测量结果吻合较好.但目前发展的所有亚格子模型均假定流动为湍流、充分发展和各向同性,不能适应强各向异性湍流的计算.而且在结晶器泡状流中,气泡的脉动运动会对高温熔体的湍流脉动产生影响(如气泡尾迹增大流体小尺度湍流),目前的亚格子模型中未考虑该项的作用.因此,在LES的应用中,适用于复杂各向异性的多相湍流的亚格子模型还有待于从机理上进行更深入的研究. ...
Large eddy simulation of transient flow, solidification, and particle transport processes in continuous-casting mold
2
2014
... 由于多相流体系大多是非线性、非平衡的,从实验和理论的角度研究体系的时空多尺度相界面结构还有很大困难,而且高温钢液不易直接观察和测量,因此计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)成为研究高温熔体多相流不可或缺的关键手段,有助于从物理层面理解流动机制并为工程应用提供相关的分布型数据.基于连续介质假设的经典力学方法,存在Euler和Lagrange 2种体系,其中Lagrange体系如离散相模型(discrete phase model,DPM)能够相对容易地描述离散粒子的运动行为,因而在求解结晶器内非金属夹杂物、Ar气泡的运动行为及分布的研究中得到广泛应用[35 ~45 ] ,研究者[9 ~11 ,35 ~41 ] 建立了不同机理的夹杂物/气泡捕捉模型,揭示了气泡/夹杂物在结晶器内的运动和捕捉位置,如图5 [10 ] 所示.Zhang等[44 ] 和Yang等[45 ] 通过在DPM中引入气泡的聚并和破碎模型,分析了结晶器内的多尺寸泡状流运动特征.但Lagrange体系存在2点不足:一是忽略了离散相颗粒体积,无法给出几何意义上的相界面;二是涉及大量粒子时对计算机性能要求过高.针对小尺度相界面(小于网格尺寸)不连续性问题,一种基于平均场的Euler-Euler双流体模型(two-fluid model,TFM)展示了较好的适用性,该模型简化了小尺度相界面的几何边界描述,并在源项中添加了相间作用项.部分研究者[46 ~53 ] 采用单一气泡粒径的TFM研究了结晶器内气液两相流动行为,得到了气液两相流动的宏观相分布规律,如Liu等[51 ] 通过模拟预测得到了与实际现场发现的渣眼现象吻合较好的预测结果,见图6 [51 ] . ...
... 连铸结晶器内的高温熔体流动处于强烈的非稳态湍动状态,相界面结构受各相物理量的湍流脉动及多尺度涡的控制,因此湍流模型的有效性也是多尺度相界面描述的关键.根据湍流数值模拟对不同尺度涡的处理方法,相界面可以分为3类:确定型、统计型和过滤型.表1 给出了3种典型的湍流数值模拟方法.基于直接数值模拟(direct numerical simulation,DNS)的相界面属于确定型界面,但DNS除了受计算机容量的限制外,对于具有复杂边界问题的处理方法还未从理论上完全解决,目前难以应用于冶金工程尺度.基于Reynolds平均模拟(Reynolds-averaged Navier-Stokes,RANS)的相界面为统计型界面,它仍是目前结晶器内多相流研究的主流选择[40 ~44 ,48 ~51 ,144 ~151 ] ,但需要强调的是,此时相界面的微细结构以及湍流涡的多尺度效应被抹平,得到的是统计平均意义上的相界面,无法反映受不同尺度涡影响的界面运动和变形,例如,RANS k -ε (k 为湍动能,ε 为湍动能耗散率)模型预测的薄板坯连铸结晶器内的对称涡结构,与水模型实验的非对称结果不符[152 ] .大涡模拟(large eddy simulation,LES)通过过滤操作将湍流运动分解成大尺度涡和小尺度涡2部分,大尺度涡通过直接求解N-S方程获得,而小尺度涡则通过建立亚格子模型求解,因此得到的相界面属于过滤型界面.LES已成功地应用于结晶器内的单相流动计算[9 ~11 ,36 ,40 ,41 ,152 ~159 ] ,获得了钢液的瞬态非对称流场特征.研究者[22 ,35 ,36 ,50 ,100 ,107 ,108 ,160 ~164 ] 分别将LES模型与ICM或TFM耦合,获得了结晶器内的气液两相瞬态流动特征,如图14 [50 ] 所示,解决了以往湍流模型无法捕捉气相对液相造成的湍流脉动压力的难题,改善了局部湍流速度参数、气体流动速率、液体运动参数的预测精度,与实验测量结果吻合较好.但目前发展的所有亚格子模型均假定流动为湍流、充分发展和各向同性,不能适应强各向异性湍流的计算.而且在结晶器泡状流中,气泡的脉动运动会对高温熔体的湍流脉动产生影响(如气泡尾迹增大流体小尺度湍流),目前的亚格子模型中未考虑该项的作用.因此,在LES的应用中,适用于复杂各向异性的多相湍流的亚格子模型还有待于从机理上进行更深入的研究. ...
Mathematical modeling of multi-sized argon gas bubbles motion and its impact on melt flow in continuous casting mold of steel
0
2014
Large eddy simulation of transient flow, particle transport, and entrapment in slab mold with double-ruler electromagnetic braking
0
2021
Analysis of two-phase flow and bubbles behavior in a continuous casting mold using a mathematical model considering the interaction of bubbles
2
2016
... 由于多相流体系大多是非线性、非平衡的,从实验和理论的角度研究体系的时空多尺度相界面结构还有很大困难,而且高温钢液不易直接观察和测量,因此计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)成为研究高温熔体多相流不可或缺的关键手段,有助于从物理层面理解流动机制并为工程应用提供相关的分布型数据.基于连续介质假设的经典力学方法,存在Euler和Lagrange 2种体系,其中Lagrange体系如离散相模型(discrete phase model,DPM)能够相对容易地描述离散粒子的运动行为,因而在求解结晶器内非金属夹杂物、Ar气泡的运动行为及分布的研究中得到广泛应用[35 ~45 ] ,研究者[9 ~11 ,35 ~41 ] 建立了不同机理的夹杂物/气泡捕捉模型,揭示了气泡/夹杂物在结晶器内的运动和捕捉位置,如图5 [10 ] 所示.Zhang等[44 ] 和Yang等[45 ] 通过在DPM中引入气泡的聚并和破碎模型,分析了结晶器内的多尺寸泡状流运动特征.但Lagrange体系存在2点不足:一是忽略了离散相颗粒体积,无法给出几何意义上的相界面;二是涉及大量粒子时对计算机性能要求过高.针对小尺度相界面(小于网格尺寸)不连续性问题,一种基于平均场的Euler-Euler双流体模型(two-fluid model,TFM)展示了较好的适用性,该模型简化了小尺度相界面的几何边界描述,并在源项中添加了相间作用项.部分研究者[46 ~53 ] 采用单一气泡粒径的TFM研究了结晶器内气液两相流动行为,得到了气液两相流动的宏观相分布规律,如Liu等[51 ] 通过模拟预测得到了与实际现场发现的渣眼现象吻合较好的预测结果,见图6 [51 ] . ...
... 连铸结晶器内的高温熔体流动处于强烈的非稳态湍动状态,相界面结构受各相物理量的湍流脉动及多尺度涡的控制,因此湍流模型的有效性也是多尺度相界面描述的关键.根据湍流数值模拟对不同尺度涡的处理方法,相界面可以分为3类:确定型、统计型和过滤型.表1 给出了3种典型的湍流数值模拟方法.基于直接数值模拟(direct numerical simulation,DNS)的相界面属于确定型界面,但DNS除了受计算机容量的限制外,对于具有复杂边界问题的处理方法还未从理论上完全解决,目前难以应用于冶金工程尺度.基于Reynolds平均模拟(Reynolds-averaged Navier-Stokes,RANS)的相界面为统计型界面,它仍是目前结晶器内多相流研究的主流选择[40 ~44 ,48 ~51 ,144 ~151 ] ,但需要强调的是,此时相界面的微细结构以及湍流涡的多尺度效应被抹平,得到的是统计平均意义上的相界面,无法反映受不同尺度涡影响的界面运动和变形,例如,RANS k -ε (k 为湍动能,ε 为湍动能耗散率)模型预测的薄板坯连铸结晶器内的对称涡结构,与水模型实验的非对称结果不符[152 ] .大涡模拟(large eddy simulation,LES)通过过滤操作将湍流运动分解成大尺度涡和小尺度涡2部分,大尺度涡通过直接求解N-S方程获得,而小尺度涡则通过建立亚格子模型求解,因此得到的相界面属于过滤型界面.LES已成功地应用于结晶器内的单相流动计算[9 ~11 ,36 ,40 ,41 ,152 ~159 ] ,获得了钢液的瞬态非对称流场特征.研究者[22 ,35 ,36 ,50 ,100 ,107 ,108 ,160 ~164 ] 分别将LES模型与ICM或TFM耦合,获得了结晶器内的气液两相瞬态流动特征,如图14 [50 ] 所示,解决了以往湍流模型无法捕捉气相对液相造成的湍流脉动压力的难题,改善了局部湍流速度参数、气体流动速率、液体运动参数的预测精度,与实验测量结果吻合较好.但目前发展的所有亚格子模型均假定流动为湍流、充分发展和各向同性,不能适应强各向异性湍流的计算.而且在结晶器泡状流中,气泡的脉动运动会对高温熔体的湍流脉动产生影响(如气泡尾迹增大流体小尺度湍流),目前的亚格子模型中未考虑该项的作用.因此,在LES的应用中,适用于复杂各向异性的多相湍流的亚格子模型还有待于从机理上进行更深入的研究. ...
A hybrid Eulerian-Eulerian discrete-phase model of turbulent bubbly flow
2
2018
... 由于多相流体系大多是非线性、非平衡的,从实验和理论的角度研究体系的时空多尺度相界面结构还有很大困难,而且高温钢液不易直接观察和测量,因此计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)成为研究高温熔体多相流不可或缺的关键手段,有助于从物理层面理解流动机制并为工程应用提供相关的分布型数据.基于连续介质假设的经典力学方法,存在Euler和Lagrange 2种体系,其中Lagrange体系如离散相模型(discrete phase model,DPM)能够相对容易地描述离散粒子的运动行为,因而在求解结晶器内非金属夹杂物、Ar气泡的运动行为及分布的研究中得到广泛应用[35 ~45 ] ,研究者[9 ~11 ,35 ~41 ] 建立了不同机理的夹杂物/气泡捕捉模型,揭示了气泡/夹杂物在结晶器内的运动和捕捉位置,如图5 [10 ] 所示.Zhang等[44 ] 和Yang等[45 ] 通过在DPM中引入气泡的聚并和破碎模型,分析了结晶器内的多尺寸泡状流运动特征.但Lagrange体系存在2点不足:一是忽略了离散相颗粒体积,无法给出几何意义上的相界面;二是涉及大量粒子时对计算机性能要求过高.针对小尺度相界面(小于网格尺寸)不连续性问题,一种基于平均场的Euler-Euler双流体模型(two-fluid model,TFM)展示了较好的适用性,该模型简化了小尺度相界面的几何边界描述,并在源项中添加了相间作用项.部分研究者[46 ~53 ] 采用单一气泡粒径的TFM研究了结晶器内气液两相流动行为,得到了气液两相流动的宏观相分布规律,如Liu等[51 ] 通过模拟预测得到了与实际现场发现的渣眼现象吻合较好的预测结果,见图6 [51 ] . ...
... [45 ]通过在DPM中引入气泡的聚并和破碎模型,分析了结晶器内的多尺寸泡状流运动特征.但Lagrange体系存在2点不足:一是忽略了离散相颗粒体积,无法给出几何意义上的相界面;二是涉及大量粒子时对计算机性能要求过高.针对小尺度相界面(小于网格尺寸)不连续性问题,一种基于平均场的Euler-Euler双流体模型(two-fluid model,TFM)展示了较好的适用性,该模型简化了小尺度相界面的几何边界描述,并在源项中添加了相间作用项.部分研究者[46 ~53 ] 采用单一气泡粒径的TFM研究了结晶器内气液两相流动行为,得到了气液两相流动的宏观相分布规律,如Liu等[51 ] 通过模拟预测得到了与实际现场发现的渣眼现象吻合较好的预测结果,见图6 [51 ] . ...
Effect of argon injection in meniscus flow and turbulence intensity distribution in continuous slab casting mold under the influence of double ruler magnetic field
1
2018
... 由于多相流体系大多是非线性、非平衡的,从实验和理论的角度研究体系的时空多尺度相界面结构还有很大困难,而且高温钢液不易直接观察和测量,因此计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)成为研究高温熔体多相流不可或缺的关键手段,有助于从物理层面理解流动机制并为工程应用提供相关的分布型数据.基于连续介质假设的经典力学方法,存在Euler和Lagrange 2种体系,其中Lagrange体系如离散相模型(discrete phase model,DPM)能够相对容易地描述离散粒子的运动行为,因而在求解结晶器内非金属夹杂物、Ar气泡的运动行为及分布的研究中得到广泛应用[35 ~45 ] ,研究者[9 ~11 ,35 ~41 ] 建立了不同机理的夹杂物/气泡捕捉模型,揭示了气泡/夹杂物在结晶器内的运动和捕捉位置,如图5 [10 ] 所示.Zhang等[44 ] 和Yang等[45 ] 通过在DPM中引入气泡的聚并和破碎模型,分析了结晶器内的多尺寸泡状流运动特征.但Lagrange体系存在2点不足:一是忽略了离散相颗粒体积,无法给出几何意义上的相界面;二是涉及大量粒子时对计算机性能要求过高.针对小尺度相界面(小于网格尺寸)不连续性问题,一种基于平均场的Euler-Euler双流体模型(two-fluid model,TFM)展示了较好的适用性,该模型简化了小尺度相界面的几何边界描述,并在源项中添加了相间作用项.部分研究者[46 ~53 ] 采用单一气泡粒径的TFM研究了结晶器内气液两相流动行为,得到了气液两相流动的宏观相分布规律,如Liu等[51 ] 通过模拟预测得到了与实际现场发现的渣眼现象吻合较好的预测结果,见图6 [51 ] . ...
Turbulent flow of liquid steel and argon bubbles in slide-gate tundish nozzles: Part I. Model development and validation
0
2001
Turbulent flow of liquid steel and argon bubbles in slide-gate tundish nozzles: Part II. Effect of operation conditions and nozzle design
1
2001
... 连铸结晶器内的高温熔体流动处于强烈的非稳态湍动状态,相界面结构受各相物理量的湍流脉动及多尺度涡的控制,因此湍流模型的有效性也是多尺度相界面描述的关键.根据湍流数值模拟对不同尺度涡的处理方法,相界面可以分为3类:确定型、统计型和过滤型.表1 给出了3种典型的湍流数值模拟方法.基于直接数值模拟(direct numerical simulation,DNS)的相界面属于确定型界面,但DNS除了受计算机容量的限制外,对于具有复杂边界问题的处理方法还未从理论上完全解决,目前难以应用于冶金工程尺度.基于Reynolds平均模拟(Reynolds-averaged Navier-Stokes,RANS)的相界面为统计型界面,它仍是目前结晶器内多相流研究的主流选择[40 ~44 ,48 ~51 ,144 ~151 ] ,但需要强调的是,此时相界面的微细结构以及湍流涡的多尺度效应被抹平,得到的是统计平均意义上的相界面,无法反映受不同尺度涡影响的界面运动和变形,例如,RANS k -ε (k 为湍动能,ε 为湍动能耗散率)模型预测的薄板坯连铸结晶器内的对称涡结构,与水模型实验的非对称结果不符[152 ] .大涡模拟(large eddy simulation,LES)通过过滤操作将湍流运动分解成大尺度涡和小尺度涡2部分,大尺度涡通过直接求解N-S方程获得,而小尺度涡则通过建立亚格子模型求解,因此得到的相界面属于过滤型界面.LES已成功地应用于结晶器内的单相流动计算[9 ~11 ,36 ,40 ,41 ,152 ~159 ] ,获得了钢液的瞬态非对称流场特征.研究者[22 ,35 ,36 ,50 ,100 ,107 ,108 ,160 ~164 ] 分别将LES模型与ICM或TFM耦合,获得了结晶器内的气液两相瞬态流动特征,如图14 [50 ] 所示,解决了以往湍流模型无法捕捉气相对液相造成的湍流脉动压力的难题,改善了局部湍流速度参数、气体流动速率、液体运动参数的预测精度,与实验测量结果吻合较好.但目前发展的所有亚格子模型均假定流动为湍流、充分发展和各向同性,不能适应强各向异性湍流的计算.而且在结晶器泡状流中,气泡的脉动运动会对高温熔体的湍流脉动产生影响(如气泡尾迹增大流体小尺度湍流),目前的亚格子模型中未考虑该项的作用.因此,在LES的应用中,适用于复杂各向异性的多相湍流的亚格子模型还有待于从机理上进行更深入的研究. ...
Two-phase flow numerical simulation of molten steel and argon gas in a continuous casting mold
0
2002
Large-eddy simulation of transient horizontal gas-liquid flow in continuous casting using dynamic subgrid-scale model
4
2017
... 连铸结晶器内的高温熔体流动处于强烈的非稳态湍动状态,相界面结构受各相物理量的湍流脉动及多尺度涡的控制,因此湍流模型的有效性也是多尺度相界面描述的关键.根据湍流数值模拟对不同尺度涡的处理方法,相界面可以分为3类:确定型、统计型和过滤型.表1 给出了3种典型的湍流数值模拟方法.基于直接数值模拟(direct numerical simulation,DNS)的相界面属于确定型界面,但DNS除了受计算机容量的限制外,对于具有复杂边界问题的处理方法还未从理论上完全解决,目前难以应用于冶金工程尺度.基于Reynolds平均模拟(Reynolds-averaged Navier-Stokes,RANS)的相界面为统计型界面,它仍是目前结晶器内多相流研究的主流选择[40 ~44 ,48 ~51 ,144 ~151 ] ,但需要强调的是,此时相界面的微细结构以及湍流涡的多尺度效应被抹平,得到的是统计平均意义上的相界面,无法反映受不同尺度涡影响的界面运动和变形,例如,RANS k -ε (k 为湍动能,ε 为湍动能耗散率)模型预测的薄板坯连铸结晶器内的对称涡结构,与水模型实验的非对称结果不符[152 ] .大涡模拟(large eddy simulation,LES)通过过滤操作将湍流运动分解成大尺度涡和小尺度涡2部分,大尺度涡通过直接求解N-S方程获得,而小尺度涡则通过建立亚格子模型求解,因此得到的相界面属于过滤型界面.LES已成功地应用于结晶器内的单相流动计算[9 ~11 ,36 ,40 ,41 ,152 ~159 ] ,获得了钢液的瞬态非对称流场特征.研究者[22 ,35 ,36 ,50 ,100 ,107 ,108 ,160 ~164 ] 分别将LES模型与ICM或TFM耦合,获得了结晶器内的气液两相瞬态流动特征,如图14 [50 ] 所示,解决了以往湍流模型无法捕捉气相对液相造成的湍流脉动压力的难题,改善了局部湍流速度参数、气体流动速率、液体运动参数的预测精度,与实验测量结果吻合较好.但目前发展的所有亚格子模型均假定流动为湍流、充分发展和各向同性,不能适应强各向异性湍流的计算.而且在结晶器泡状流中,气泡的脉动运动会对高温熔体的湍流脉动产生影响(如气泡尾迹增大流体小尺度湍流),目前的亚格子模型中未考虑该项的作用.因此,在LES的应用中,适用于复杂各向异性的多相湍流的亚格子模型还有待于从机理上进行更深入的研究. ...
... [50 ]所示,解决了以往湍流模型无法捕捉气相对液相造成的湍流脉动压力的难题,改善了局部湍流速度参数、气体流动速率、液体运动参数的预测精度,与实验测量结果吻合较好.但目前发展的所有亚格子模型均假定流动为湍流、充分发展和各向同性,不能适应强各向异性湍流的计算.而且在结晶器泡状流中,气泡的脉动运动会对高温熔体的湍流脉动产生影响(如气泡尾迹增大流体小尺度湍流),目前的亚格子模型中未考虑该项的作用.因此,在LES的应用中,适用于复杂各向异性的多相湍流的亚格子模型还有待于从机理上进行更深入的研究. ...
...
Note: DNS—direct numerical simulation, LES—large eddy simulation, RANS—Reynolds-averaged Navier-Stokes;
u —velocity,
x —coordinate,
t —time,
ρ —density,
p —pressure,
fi —volume force,
υ —dynamic viscosity
图14 结晶器内钢液-Ar气两相瞬态流场特征[50 ] Characteristics of molten steel-argon gas two-phase transient flow field in the mold[50 ] Color online ...
Physical and numerical modeling of exposed slag eye in continuous casting mold using Euler-Euler approach
10
2019
... 由于多相流体系大多是非线性、非平衡的,从实验和理论的角度研究体系的时空多尺度相界面结构还有很大困难,而且高温钢液不易直接观察和测量,因此计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)成为研究高温熔体多相流不可或缺的关键手段,有助于从物理层面理解流动机制并为工程应用提供相关的分布型数据.基于连续介质假设的经典力学方法,存在Euler和Lagrange 2种体系,其中Lagrange体系如离散相模型(discrete phase model,DPM)能够相对容易地描述离散粒子的运动行为,因而在求解结晶器内非金属夹杂物、Ar气泡的运动行为及分布的研究中得到广泛应用[35 ~45 ] ,研究者[9 ~11 ,35 ~41 ] 建立了不同机理的夹杂物/气泡捕捉模型,揭示了气泡/夹杂物在结晶器内的运动和捕捉位置,如图5 [10 ] 所示.Zhang等[44 ] 和Yang等[45 ] 通过在DPM中引入气泡的聚并和破碎模型,分析了结晶器内的多尺寸泡状流运动特征.但Lagrange体系存在2点不足:一是忽略了离散相颗粒体积,无法给出几何意义上的相界面;二是涉及大量粒子时对计算机性能要求过高.针对小尺度相界面(小于网格尺寸)不连续性问题,一种基于平均场的Euler-Euler双流体模型(two-fluid model,TFM)展示了较好的适用性,该模型简化了小尺度相界面的几何边界描述,并在源项中添加了相间作用项.部分研究者[46 ~53 ] 采用单一气泡粒径的TFM研究了结晶器内气液两相流动行为,得到了气液两相流动的宏观相分布规律,如Liu等[51 ] 通过模拟预测得到了与实际现场发现的渣眼现象吻合较好的预测结果,见图6 [51 ] . ...
... [51 ]. ...
... (a) 1.5 s (b) 3.0 s (c) 10 s (d) 30 s (e) 100 s
Fig.5 ![]()
图6 结晶器上表面的渣眼分布[51 ] Locations of exposed slag eyes on the top surface of the mold[51 ] (a) industrial scene (b) numerical prediction (α g —gas volume fraction) ...
... [
51 ]
(a) industrial scene (b) numerical prediction (α g —gas volume fraction) ...
... 另外,结晶器渣/金界面乳化现象将会显著降低渣/金界面的界面性质(浸润性和表面张力等),从而加剧卷渣,恶化铸坯质量.Chung等[89 ] 和Han等[90 ] 采用X射线成像技术动态观察了气泡在金属液和熔渣中的传输过程,考察了气泡、金属液滴在渣相中的乳化现象.乳化行为与渣/金、渣/气界面处的剪切力分布息息相关[91 ~94 ] ,剪切力引发的熔渣乳化与卷渣有3种不稳定机制[68 ,73 ,74 ] ,即Kelvin-Helmholtz不稳定性、Tylor-Saffman不稳定性和Fluid流动不稳定性.部分研究者[92 ,93 ] 通过理论和实验分析定量描述了结晶器内的乳化和卷渣行为,但主要针对等温的冷态水模型,而实际高温熔体渣/金界面处存在较大的温度梯度和浓度梯度,由此引发的Marangoni效应[95 ] (因界面张力梯度引起的流动)在渣/金界面处变得突出,进而影响乳化和卷渣行为.Zhou等[96 ] 采用实际高温熔体实验剖析了渣/金界面润湿行为和界面张力之间的内在相互影响机理,其结果也反映了Marangoni效应在渣/金界面处的作用.Liu等[51 ,52 ] 采用水模型实验观察到了渣金界面附近的乳化现象,发现主要是由气泡聚集造成的,或可称为气-渣乳化现象,如图9 [51 ] 所示. ...
... [51 ]所示. ...
... [
51 ]
Emulsifying phenomenon observed in water model experiment[51 ] (a) top surface of slag layer ...
... [
51 ]
(a) top surface of slag layer ...
... 多尺度相界面共存及不连续性的数学描述一直是多相流数值模拟面临的最大困难.针对大尺度相界面(远大于网格尺度)不连续性问题,一种基于标识函数的界面捕捉模型(interface-capturing model,ICM)被广泛采用,VOF和Level Set为当前主流的ICM.ICM直接从原始的Navier-Stokes方程出发,采用标识函数统一系统方程的描述,避开了平均场的处理,没有人为地丢失系统信息,被广泛应用于模拟结晶器内气-钢-渣三相界面行为[97 ~108 ] ,目前研究成果主要集中于捕捉渣/金界面的波动、渣眼分布、剪切卷渣等方面,如Liu等[51 ,52 ] 和Li等[106 ~108 ] 采用ICM方法计算了结晶器内钢-渣-气多相流,复现了卷渣、渣眼等现象,如图10 [52 ] 所示;并基于简化的管流模型提出了新的液面波动数——J 指数.虽然采用ICM可以得到结晶器或钢包内的渣滴尺寸[106 ~108 ] ,但受到网格尺度的限制,无法捕捉小于网格尺度的渣滴;且界面以空间几何尺度显式的表征,无隐式的物理尺度表征.另外,ICM中多相速度共场的处理使其在相间作用的描述上凸显不足,尤其是在界面相间速度差较大时,需要补充界面摩擦力.如前面所述,TFM可描述小尺度相界面(小于网格尺度)的平均物理尺度,但对于大尺度相界面,由于数值扩散导致其无明确的相间几何边界.因此,2种模型都无法同时有效地描述混合流中大小尺度共存的界面结构.耦合ICM和TFM是解决混合流界面跨尺度性问题的思路,但关键是要澄清不同尺度间的相互作用关系和耦合的原则,建立控制系统的稳定性条件及调控机理.近期,Sun等[109 ] 发展了多尺度气泡桥接模型,实现了ICM和DPM 2种方法的耦合,即Euler和Lagrange体系下的混合气泡共存及相互转变,并首先将其应用到电解铝领域,如图11 [109 ] 所示,期待未来将其应用到连铸领域. ...
... 连铸结晶器内的高温熔体流动处于强烈的非稳态湍动状态,相界面结构受各相物理量的湍流脉动及多尺度涡的控制,因此湍流模型的有效性也是多尺度相界面描述的关键.根据湍流数值模拟对不同尺度涡的处理方法,相界面可以分为3类:确定型、统计型和过滤型.表1 给出了3种典型的湍流数值模拟方法.基于直接数值模拟(direct numerical simulation,DNS)的相界面属于确定型界面,但DNS除了受计算机容量的限制外,对于具有复杂边界问题的处理方法还未从理论上完全解决,目前难以应用于冶金工程尺度.基于Reynolds平均模拟(Reynolds-averaged Navier-Stokes,RANS)的相界面为统计型界面,它仍是目前结晶器内多相流研究的主流选择[40 ~44 ,48 ~51 ,144 ~151 ] ,但需要强调的是,此时相界面的微细结构以及湍流涡的多尺度效应被抹平,得到的是统计平均意义上的相界面,无法反映受不同尺度涡影响的界面运动和变形,例如,RANS k -ε (k 为湍动能,ε 为湍动能耗散率)模型预测的薄板坯连铸结晶器内的对称涡结构,与水模型实验的非对称结果不符[152 ] .大涡模拟(large eddy simulation,LES)通过过滤操作将湍流运动分解成大尺度涡和小尺度涡2部分,大尺度涡通过直接求解N-S方程获得,而小尺度涡则通过建立亚格子模型求解,因此得到的相界面属于过滤型界面.LES已成功地应用于结晶器内的单相流动计算[9 ~11 ,36 ,40 ,41 ,152 ~159 ] ,获得了钢液的瞬态非对称流场特征.研究者[22 ,35 ,36 ,50 ,100 ,107 ,108 ,160 ~164 ] 分别将LES模型与ICM或TFM耦合,获得了结晶器内的气液两相瞬态流动特征,如图14 [50 ] 所示,解决了以往湍流模型无法捕捉气相对液相造成的湍流脉动压力的难题,改善了局部湍流速度参数、气体流动速率、液体运动参数的预测精度,与实验测量结果吻合较好.但目前发展的所有亚格子模型均假定流动为湍流、充分发展和各向同性,不能适应强各向异性湍流的计算.而且在结晶器泡状流中,气泡的脉动运动会对高温熔体的湍流脉动产生影响(如气泡尾迹增大流体小尺度湍流),目前的亚格子模型中未考虑该项的作用.因此,在LES的应用中,适用于复杂各向异性的多相湍流的亚格子模型还有待于从机理上进行更深入的研究. ...
Modeling of quasi-four-phase flow in continuous casting mold using hybrid Eulerian and Lagrangian approach
5
2017
... 另外,结晶器渣/金界面乳化现象将会显著降低渣/金界面的界面性质(浸润性和表面张力等),从而加剧卷渣,恶化铸坯质量.Chung等[89 ] 和Han等[90 ] 采用X射线成像技术动态观察了气泡在金属液和熔渣中的传输过程,考察了气泡、金属液滴在渣相中的乳化现象.乳化行为与渣/金、渣/气界面处的剪切力分布息息相关[91 ~94 ] ,剪切力引发的熔渣乳化与卷渣有3种不稳定机制[68 ,73 ,74 ] ,即Kelvin-Helmholtz不稳定性、Tylor-Saffman不稳定性和Fluid流动不稳定性.部分研究者[92 ,93 ] 通过理论和实验分析定量描述了结晶器内的乳化和卷渣行为,但主要针对等温的冷态水模型,而实际高温熔体渣/金界面处存在较大的温度梯度和浓度梯度,由此引发的Marangoni效应[95 ] (因界面张力梯度引起的流动)在渣/金界面处变得突出,进而影响乳化和卷渣行为.Zhou等[96 ] 采用实际高温熔体实验剖析了渣/金界面润湿行为和界面张力之间的内在相互影响机理,其结果也反映了Marangoni效应在渣/金界面处的作用.Liu等[51 ,52 ] 采用水模型实验观察到了渣金界面附近的乳化现象,发现主要是由气泡聚集造成的,或可称为气-渣乳化现象,如图9 [51 ] 所示. ...
... 多尺度相界面共存及不连续性的数学描述一直是多相流数值模拟面临的最大困难.针对大尺度相界面(远大于网格尺度)不连续性问题,一种基于标识函数的界面捕捉模型(interface-capturing model,ICM)被广泛采用,VOF和Level Set为当前主流的ICM.ICM直接从原始的Navier-Stokes方程出发,采用标识函数统一系统方程的描述,避开了平均场的处理,没有人为地丢失系统信息,被广泛应用于模拟结晶器内气-钢-渣三相界面行为[97 ~108 ] ,目前研究成果主要集中于捕捉渣/金界面的波动、渣眼分布、剪切卷渣等方面,如Liu等[51 ,52 ] 和Li等[106 ~108 ] 采用ICM方法计算了结晶器内钢-渣-气多相流,复现了卷渣、渣眼等现象,如图10 [52 ] 所示;并基于简化的管流模型提出了新的液面波动数——J 指数.虽然采用ICM可以得到结晶器或钢包内的渣滴尺寸[106 ~108 ] ,但受到网格尺度的限制,无法捕捉小于网格尺度的渣滴;且界面以空间几何尺度显式的表征,无隐式的物理尺度表征.另外,ICM中多相速度共场的处理使其在相间作用的描述上凸显不足,尤其是在界面相间速度差较大时,需要补充界面摩擦力.如前面所述,TFM可描述小尺度相界面(小于网格尺度)的平均物理尺度,但对于大尺度相界面,由于数值扩散导致其无明确的相间几何边界.因此,2种模型都无法同时有效地描述混合流中大小尺度共存的界面结构.耦合ICM和TFM是解决混合流界面跨尺度性问题的思路,但关键是要澄清不同尺度间的相互作用关系和耦合的原则,建立控制系统的稳定性条件及调控机理.近期,Sun等[109 ] 发展了多尺度气泡桥接模型,实现了ICM和DPM 2种方法的耦合,即Euler和Lagrange体系下的混合气泡共存及相互转变,并首先将其应用到电解铝领域,如图11 [109 ] 所示,期待未来将其应用到连铸领域. ...
... [52 ]所示;并基于简化的管流模型提出了新的液面波动数——J 指数.虽然采用ICM可以得到结晶器或钢包内的渣滴尺寸[106 ~108 ] ,但受到网格尺度的限制,无法捕捉小于网格尺度的渣滴;且界面以空间几何尺度显式的表征,无隐式的物理尺度表征.另外,ICM中多相速度共场的处理使其在相间作用的描述上凸显不足,尤其是在界面相间速度差较大时,需要补充界面摩擦力.如前面所述,TFM可描述小尺度相界面(小于网格尺度)的平均物理尺度,但对于大尺度相界面,由于数值扩散导致其无明确的相间几何边界.因此,2种模型都无法同时有效地描述混合流中大小尺度共存的界面结构.耦合ICM和TFM是解决混合流界面跨尺度性问题的思路,但关键是要澄清不同尺度间的相互作用关系和耦合的原则,建立控制系统的稳定性条件及调控机理.近期,Sun等[109 ] 发展了多尺度气泡桥接模型,实现了ICM和DPM 2种方法的耦合,即Euler和Lagrange体系下的混合气泡共存及相互转变,并首先将其应用到电解铝领域,如图11 [109 ] 所示,期待未来将其应用到连铸领域. ...
... [
52 ]
Vortex slag entrapment phenomenon predicted by numerical simulation[52 ] (a) interface of slag and steel ...
... [
52 ]
(a) interface of slag and steel ...
Euler-Euler-Lagrangian modeling for two-phase flow and particle transport in continuous casting mold
1
2014
... 由于多相流体系大多是非线性、非平衡的,从实验和理论的角度研究体系的时空多尺度相界面结构还有很大困难,而且高温钢液不易直接观察和测量,因此计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)成为研究高温熔体多相流不可或缺的关键手段,有助于从物理层面理解流动机制并为工程应用提供相关的分布型数据.基于连续介质假设的经典力学方法,存在Euler和Lagrange 2种体系,其中Lagrange体系如离散相模型(discrete phase model,DPM)能够相对容易地描述离散粒子的运动行为,因而在求解结晶器内非金属夹杂物、Ar气泡的运动行为及分布的研究中得到广泛应用[35 ~45 ] ,研究者[9 ~11 ,35 ~41 ] 建立了不同机理的夹杂物/气泡捕捉模型,揭示了气泡/夹杂物在结晶器内的运动和捕捉位置,如图5 [10 ] 所示.Zhang等[44 ] 和Yang等[45 ] 通过在DPM中引入气泡的聚并和破碎模型,分析了结晶器内的多尺寸泡状流运动特征.但Lagrange体系存在2点不足:一是忽略了离散相颗粒体积,无法给出几何意义上的相界面;二是涉及大量粒子时对计算机性能要求过高.针对小尺度相界面(小于网格尺寸)不连续性问题,一种基于平均场的Euler-Euler双流体模型(two-fluid model,TFM)展示了较好的适用性,该模型简化了小尺度相界面的几何边界描述,并在源项中添加了相间作用项.部分研究者[46 ~53 ] 采用单一气泡粒径的TFM研究了结晶器内气液两相流动行为,得到了气液两相流动的宏观相分布规律,如Liu等[51 ] 通过模拟预测得到了与实际现场发现的渣眼现象吻合较好的预测结果,见图6 [51 ] . ...
Population balance modeling of polydispersed bubbly flow in continuous-casting using multiple-size-group approach
1
2015
... 近年来,基于群数密度函数的群体平衡模型(population balance model,PBM)得到了快速发展,该方法根据弥散相气泡的微观行为机制建立气泡相群数密度平衡方程,将气泡的微观现象(破碎、聚并、长大等)与其宏观属性(粒径、表面积等)联系起来,是目前研究弥散相系统的有效工具.该方法采用内、外2个坐标系描述与气泡群相关的变量,内坐标系是指描述气泡尺寸、表面积等内部属性的坐标系,外坐标系是指由流体对流和扩散决定的气泡时间、空间坐标系.研究者将PBM与TFM相结合分别构建了多气泡组质量传递(MUltiple SIze Group,MUSIG)模型[54 ~58 ] 和平均气泡数密度(average bubble number density,ABND)模型[59 ] ,考虑了不同的气泡聚并、破碎机制.2种模型的预测结果均能够揭示结晶器内气液两相流的动力学行为在空间、时间上的变化规律及气泡尺寸变化规律.如图7 所示,分别给出了水模型实验及2种模型预测的浸入式水口内的含气率分布特征.通过定性比较,实验结果中的水口壁面低含气率特征和水口出口处高含气率特征能被较好地呈现在模拟预测结果中. ...
Multiple size group modeling of polydispersed bubbly flow in the mold: An analysis of turbulence and interfacial force models
0
2015
Modelling of bubble aggregation, breakage and transport in slab continuous casting mold
0
2015
Modeling of bubble behaviors and size distribution in a slab continuous casting mold
0
2016
Numerical simulation of multi-size bubbly flow in a continuous casting mold using population balance model
1
2022
... 近年来,基于群数密度函数的群体平衡模型(population balance model,PBM)得到了快速发展,该方法根据弥散相气泡的微观行为机制建立气泡相群数密度平衡方程,将气泡的微观现象(破碎、聚并、长大等)与其宏观属性(粒径、表面积等)联系起来,是目前研究弥散相系统的有效工具.该方法采用内、外2个坐标系描述与气泡群相关的变量,内坐标系是指描述气泡尺寸、表面积等内部属性的坐标系,外坐标系是指由流体对流和扩散决定的气泡时间、空间坐标系.研究者将PBM与TFM相结合分别构建了多气泡组质量传递(MUltiple SIze Group,MUSIG)模型[54 ~58 ] 和平均气泡数密度(average bubble number density,ABND)模型[59 ] ,考虑了不同的气泡聚并、破碎机制.2种模型的预测结果均能够揭示结晶器内气液两相流的动力学行为在空间、时间上的变化规律及气泡尺寸变化规律.如图7 所示,分别给出了水模型实验及2种模型预测的浸入式水口内的含气率分布特征.通过定性比较,实验结果中的水口壁面低含气率特征和水口出口处高含气率特征能被较好地呈现在模拟预测结果中. ...
Population balance modeling of polydispersed bubbly flow in continuous casting using average bubble number density approach
1
2017
... 近年来,基于群数密度函数的群体平衡模型(population balance model,PBM)得到了快速发展,该方法根据弥散相气泡的微观行为机制建立气泡相群数密度平衡方程,将气泡的微观现象(破碎、聚并、长大等)与其宏观属性(粒径、表面积等)联系起来,是目前研究弥散相系统的有效工具.该方法采用内、外2个坐标系描述与气泡群相关的变量,内坐标系是指描述气泡尺寸、表面积等内部属性的坐标系,外坐标系是指由流体对流和扩散决定的气泡时间、空间坐标系.研究者将PBM与TFM相结合分别构建了多气泡组质量传递(MUltiple SIze Group,MUSIG)模型[54 ~58 ] 和平均气泡数密度(average bubble number density,ABND)模型[59 ] ,考虑了不同的气泡聚并、破碎机制.2种模型的预测结果均能够揭示结晶器内气液两相流的动力学行为在空间、时间上的变化规律及气泡尺寸变化规律.如图7 所示,分别给出了水模型实验及2种模型预测的浸入式水口内的含气率分布特征.通过定性比较,实验结果中的水口壁面低含气率特征和水口出口处高含气率特征能被较好地呈现在模拟预测结果中. ...
Bubble coalescence and break-up in air-sparged bubble columns
1
1990
... PBM能否准确地预测气泡粒径分布,关键在于是否能够建立合理的气泡聚并和破碎模型.然而气泡的聚并和破碎机理相当复杂[60 ~63 ] ,其中,气泡聚并机理主要有:湍流涡机理和大气泡尾涡机理;气泡破碎机理主要有:湍流涡碰撞机理、液相剪切力拉伸机理和大气泡表面不稳定性机理.而且,以上这些机理模型均是基于常温水模型推导而来,是否适用于高温熔体当中的Ar气泡聚并和破碎行为,还有待于进一步深入研究. ...
Theoretical model for drop and bubble breakup in turbulent dispersions
0
1996
One-group interfacial area transport in vertical bubbly flow
0
1998
Two-group interfacial area transport equations at bubbly-to-slug flow transition
1
2000
... PBM能否准确地预测气泡粒径分布,关键在于是否能够建立合理的气泡聚并和破碎模型.然而气泡的聚并和破碎机理相当复杂[60 ~63 ] ,其中,气泡聚并机理主要有:湍流涡机理和大气泡尾涡机理;气泡破碎机理主要有:湍流涡碰撞机理、液相剪切力拉伸机理和大气泡表面不稳定性机理.而且,以上这些机理模型均是基于常温水模型推导而来,是否适用于高温熔体当中的Ar气泡聚并和破碎行为,还有待于进一步深入研究. ...
スラブ高速鋳造時の連鋳鋳型内溶鋼流動におよぼす鋳造条件の影響
1
1993
... 混合流界面跨尺度性现象源于流动形态的转化,即连续相大尺度界面与离散相小尺度界面的相互转变.在连铸结晶器内,当渣/金界面钢水流速过快、剧烈波动或出现漩涡时,保护渣会被卷入钢液形成渣滴(即卷渣),造成了从连续相渣/金界面向离散相渣滴的转变;反之,渣滴在钢液流场的影响下会上浮,当再次到达渣/金界面后很容易与原渣层融合,实现离散相渣滴到连续相渣/金界面的转变.大量的冷态实验被用于研究结晶器内的卷渣现象和卷渣机理.其中,结晶器液面波动与卷渣行为联系密切,可以较好地反映卷渣程度且易于观测,因此关于卷渣的早期研究集中在液面波动强度的量化.Teshima等[64 ] 经过大量实验数据分析,提出了液面波动指数(F 数),涉及钢液密度、出钢量、射流冲击速率、射流倾角、冲击深度、结晶器断面尺寸等参数,可间接评价卷渣程度.之后,研究者[65 ~67 ] 对于不同的钢种和操作工况归纳出了相应的F 数适用范围.经过大量的工业实践和实验研究,发现卷渣机理主要分为3类[68 ~73 ] :剪切卷渣、漩涡卷渣和气泡冲击卷渣.其中,剪切卷渣是最为常见的卷渣形式,其实质是渣层和钢液间剪切流动引起的相界面不稳定性,因此对剪切卷渣影响最为直接的因素是钢液表面流速,研究者[72 ,74 ~77 ] 通过大量实验研究给出了引起剪切卷渣的临界表面流速.漩涡卷渣是由结晶器两侧不对称流动引起的,在流动较弱的一侧会形成漩涡,漩涡强度较大时,可将保护渣抽吸进入钢液,如图8 [78 ] 所示,形成原因主要与滑动水口、水口倾角、水口偏斜度、水口结瘤、塞棒位置、中间包底部非对称流动、水口两侧吹Ar不均等因素有关[69 ,79 ~86 ] .气泡冲击卷渣是指当气泡进入渣层并在渣/金界面或渣层内破裂时,产生的冲击力致使保护渣剧烈波动并进入钢液[87 ,88 ] ,这一作用与上升气泡簇的流速相关,而气泡簇流速与吹气量直接相关,因此部分研究者将产生卷渣时的吹气量定义为临界吹Ar量[88 ] . ...
スラブ高速鋳造時の連鋳鋳型内溶鋼流動におよぼす鋳造条件の影響
1
1993
... 混合流界面跨尺度性现象源于流动形态的转化,即连续相大尺度界面与离散相小尺度界面的相互转变.在连铸结晶器内,当渣/金界面钢水流速过快、剧烈波动或出现漩涡时,保护渣会被卷入钢液形成渣滴(即卷渣),造成了从连续相渣/金界面向离散相渣滴的转变;反之,渣滴在钢液流场的影响下会上浮,当再次到达渣/金界面后很容易与原渣层融合,实现离散相渣滴到连续相渣/金界面的转变.大量的冷态实验被用于研究结晶器内的卷渣现象和卷渣机理.其中,结晶器液面波动与卷渣行为联系密切,可以较好地反映卷渣程度且易于观测,因此关于卷渣的早期研究集中在液面波动强度的量化.Teshima等[64 ] 经过大量实验数据分析,提出了液面波动指数(F 数),涉及钢液密度、出钢量、射流冲击速率、射流倾角、冲击深度、结晶器断面尺寸等参数,可间接评价卷渣程度.之后,研究者[65 ~67 ] 对于不同的钢种和操作工况归纳出了相应的F 数适用范围.经过大量的工业实践和实验研究,发现卷渣机理主要分为3类[68 ~73 ] :剪切卷渣、漩涡卷渣和气泡冲击卷渣.其中,剪切卷渣是最为常见的卷渣形式,其实质是渣层和钢液间剪切流动引起的相界面不稳定性,因此对剪切卷渣影响最为直接的因素是钢液表面流速,研究者[72 ,74 ~77 ] 通过大量实验研究给出了引起剪切卷渣的临界表面流速.漩涡卷渣是由结晶器两侧不对称流动引起的,在流动较弱的一侧会形成漩涡,漩涡强度较大时,可将保护渣抽吸进入钢液,如图8 [78 ] 所示,形成原因主要与滑动水口、水口倾角、水口偏斜度、水口结瘤、塞棒位置、中间包底部非对称流动、水口两侧吹Ar不均等因素有关[69 ,79 ~86 ] .气泡冲击卷渣是指当气泡进入渣层并在渣/金界面或渣层内破裂时,产生的冲击力致使保护渣剧烈波动并进入钢液[87 ,88 ] ,这一作用与上升气泡簇的流速相关,而气泡簇流速与吹气量直接相关,因此部分研究者将产生卷渣时的吹气量定义为临界吹Ar量[88 ] . ...
Cold model study of the surface profile in a continuous slab casting mold: Effect of second phase
1
1994
... 混合流界面跨尺度性现象源于流动形态的转化,即连续相大尺度界面与离散相小尺度界面的相互转变.在连铸结晶器内,当渣/金界面钢水流速过快、剧烈波动或出现漩涡时,保护渣会被卷入钢液形成渣滴(即卷渣),造成了从连续相渣/金界面向离散相渣滴的转变;反之,渣滴在钢液流场的影响下会上浮,当再次到达渣/金界面后很容易与原渣层融合,实现离散相渣滴到连续相渣/金界面的转变.大量的冷态实验被用于研究结晶器内的卷渣现象和卷渣机理.其中,结晶器液面波动与卷渣行为联系密切,可以较好地反映卷渣程度且易于观测,因此关于卷渣的早期研究集中在液面波动强度的量化.Teshima等[64 ] 经过大量实验数据分析,提出了液面波动指数(F 数),涉及钢液密度、出钢量、射流冲击速率、射流倾角、冲击深度、结晶器断面尺寸等参数,可间接评价卷渣程度.之后,研究者[65 ~67 ] 对于不同的钢种和操作工况归纳出了相应的F 数适用范围.经过大量的工业实践和实验研究,发现卷渣机理主要分为3类[68 ~73 ] :剪切卷渣、漩涡卷渣和气泡冲击卷渣.其中,剪切卷渣是最为常见的卷渣形式,其实质是渣层和钢液间剪切流动引起的相界面不稳定性,因此对剪切卷渣影响最为直接的因素是钢液表面流速,研究者[72 ,74 ~77 ] 通过大量实验研究给出了引起剪切卷渣的临界表面流速.漩涡卷渣是由结晶器两侧不对称流动引起的,在流动较弱的一侧会形成漩涡,漩涡强度较大时,可将保护渣抽吸进入钢液,如图8 [78 ] 所示,形成原因主要与滑动水口、水口倾角、水口偏斜度、水口结瘤、塞棒位置、中间包底部非对称流动、水口两侧吹Ar不均等因素有关[69 ,79 ~86 ] .气泡冲击卷渣是指当气泡进入渣层并在渣/金界面或渣层内破裂时,产生的冲击力致使保护渣剧烈波动并进入钢液[87 ,88 ] ,这一作用与上升气泡簇的流速相关,而气泡簇流速与吹气量直接相关,因此部分研究者将产生卷渣时的吹气量定义为临界吹Ar量[88 ] . ...
Slab quality improvement by controlling mould fluid flow
0
2007
Investigation of fluid flow and steel cleanliness in the continuous casting strand
1
2007
... 混合流界面跨尺度性现象源于流动形态的转化,即连续相大尺度界面与离散相小尺度界面的相互转变.在连铸结晶器内,当渣/金界面钢水流速过快、剧烈波动或出现漩涡时,保护渣会被卷入钢液形成渣滴(即卷渣),造成了从连续相渣/金界面向离散相渣滴的转变;反之,渣滴在钢液流场的影响下会上浮,当再次到达渣/金界面后很容易与原渣层融合,实现离散相渣滴到连续相渣/金界面的转变.大量的冷态实验被用于研究结晶器内的卷渣现象和卷渣机理.其中,结晶器液面波动与卷渣行为联系密切,可以较好地反映卷渣程度且易于观测,因此关于卷渣的早期研究集中在液面波动强度的量化.Teshima等[64 ] 经过大量实验数据分析,提出了液面波动指数(F 数),涉及钢液密度、出钢量、射流冲击速率、射流倾角、冲击深度、结晶器断面尺寸等参数,可间接评价卷渣程度.之后,研究者[65 ~67 ] 对于不同的钢种和操作工况归纳出了相应的F 数适用范围.经过大量的工业实践和实验研究,发现卷渣机理主要分为3类[68 ~73 ] :剪切卷渣、漩涡卷渣和气泡冲击卷渣.其中,剪切卷渣是最为常见的卷渣形式,其实质是渣层和钢液间剪切流动引起的相界面不稳定性,因此对剪切卷渣影响最为直接的因素是钢液表面流速,研究者[72 ,74 ~77 ] 通过大量实验研究给出了引起剪切卷渣的临界表面流速.漩涡卷渣是由结晶器两侧不对称流动引起的,在流动较弱的一侧会形成漩涡,漩涡强度较大时,可将保护渣抽吸进入钢液,如图8 [78 ] 所示,形成原因主要与滑动水口、水口倾角、水口偏斜度、水口结瘤、塞棒位置、中间包底部非对称流动、水口两侧吹Ar不均等因素有关[69 ,79 ~86 ] .气泡冲击卷渣是指当气泡进入渣层并在渣/金界面或渣层内破裂时,产生的冲击力致使保护渣剧烈波动并进入钢液[87 ,88 ] ,这一作用与上升气泡簇的流速相关,而气泡簇流速与吹气量直接相关,因此部分研究者将产生卷渣时的吹气量定义为临界吹Ar量[88 ] . ...
Model study on the entrapment of mold powder into molten steel
2
2000
... 混合流界面跨尺度性现象源于流动形态的转化,即连续相大尺度界面与离散相小尺度界面的相互转变.在连铸结晶器内,当渣/金界面钢水流速过快、剧烈波动或出现漩涡时,保护渣会被卷入钢液形成渣滴(即卷渣),造成了从连续相渣/金界面向离散相渣滴的转变;反之,渣滴在钢液流场的影响下会上浮,当再次到达渣/金界面后很容易与原渣层融合,实现离散相渣滴到连续相渣/金界面的转变.大量的冷态实验被用于研究结晶器内的卷渣现象和卷渣机理.其中,结晶器液面波动与卷渣行为联系密切,可以较好地反映卷渣程度且易于观测,因此关于卷渣的早期研究集中在液面波动强度的量化.Teshima等[64 ] 经过大量实验数据分析,提出了液面波动指数(F 数),涉及钢液密度、出钢量、射流冲击速率、射流倾角、冲击深度、结晶器断面尺寸等参数,可间接评价卷渣程度.之后,研究者[65 ~67 ] 对于不同的钢种和操作工况归纳出了相应的F 数适用范围.经过大量的工业实践和实验研究,发现卷渣机理主要分为3类[68 ~73 ] :剪切卷渣、漩涡卷渣和气泡冲击卷渣.其中,剪切卷渣是最为常见的卷渣形式,其实质是渣层和钢液间剪切流动引起的相界面不稳定性,因此对剪切卷渣影响最为直接的因素是钢液表面流速,研究者[72 ,74 ~77 ] 通过大量实验研究给出了引起剪切卷渣的临界表面流速.漩涡卷渣是由结晶器两侧不对称流动引起的,在流动较弱的一侧会形成漩涡,漩涡强度较大时,可将保护渣抽吸进入钢液,如图8 [78 ] 所示,形成原因主要与滑动水口、水口倾角、水口偏斜度、水口结瘤、塞棒位置、中间包底部非对称流动、水口两侧吹Ar不均等因素有关[69 ,79 ~86 ] .气泡冲击卷渣是指当气泡进入渣层并在渣/金界面或渣层内破裂时,产生的冲击力致使保护渣剧烈波动并进入钢液[87 ,88 ] ,这一作用与上升气泡簇的流速相关,而气泡簇流速与吹气量直接相关,因此部分研究者将产生卷渣时的吹气量定义为临界吹Ar量[88 ] . ...
... 另外,结晶器渣/金界面乳化现象将会显著降低渣/金界面的界面性质(浸润性和表面张力等),从而加剧卷渣,恶化铸坯质量.Chung等[89 ] 和Han等[90 ] 采用X射线成像技术动态观察了气泡在金属液和熔渣中的传输过程,考察了气泡、金属液滴在渣相中的乳化现象.乳化行为与渣/金、渣/气界面处的剪切力分布息息相关[91 ~94 ] ,剪切力引发的熔渣乳化与卷渣有3种不稳定机制[68 ,73 ,74 ] ,即Kelvin-Helmholtz不稳定性、Tylor-Saffman不稳定性和Fluid流动不稳定性.部分研究者[92 ,93 ] 通过理论和实验分析定量描述了结晶器内的乳化和卷渣行为,但主要针对等温的冷态水模型,而实际高温熔体渣/金界面处存在较大的温度梯度和浓度梯度,由此引发的Marangoni效应[95 ] (因界面张力梯度引起的流动)在渣/金界面处变得突出,进而影响乳化和卷渣行为.Zhou等[96 ] 采用实际高温熔体实验剖析了渣/金界面润湿行为和界面张力之间的内在相互影响机理,其结果也反映了Marangoni效应在渣/金界面处的作用.Liu等[51 ,52 ] 采用水模型实验观察到了渣金界面附近的乳化现象,发现主要是由气泡聚集造成的,或可称为气-渣乳化现象,如图9 [51 ] 所示. ...
连铸结晶器内钢液涡流现象的水模型观察和数值模拟
1
2002
... 混合流界面跨尺度性现象源于流动形态的转化,即连续相大尺度界面与离散相小尺度界面的相互转变.在连铸结晶器内,当渣/金界面钢水流速过快、剧烈波动或出现漩涡时,保护渣会被卷入钢液形成渣滴(即卷渣),造成了从连续相渣/金界面向离散相渣滴的转变;反之,渣滴在钢液流场的影响下会上浮,当再次到达渣/金界面后很容易与原渣层融合,实现离散相渣滴到连续相渣/金界面的转变.大量的冷态实验被用于研究结晶器内的卷渣现象和卷渣机理.其中,结晶器液面波动与卷渣行为联系密切,可以较好地反映卷渣程度且易于观测,因此关于卷渣的早期研究集中在液面波动强度的量化.Teshima等[64 ] 经过大量实验数据分析,提出了液面波动指数(F 数),涉及钢液密度、出钢量、射流冲击速率、射流倾角、冲击深度、结晶器断面尺寸等参数,可间接评价卷渣程度.之后,研究者[65 ~67 ] 对于不同的钢种和操作工况归纳出了相应的F 数适用范围.经过大量的工业实践和实验研究,发现卷渣机理主要分为3类[68 ~73 ] :剪切卷渣、漩涡卷渣和气泡冲击卷渣.其中,剪切卷渣是最为常见的卷渣形式,其实质是渣层和钢液间剪切流动引起的相界面不稳定性,因此对剪切卷渣影响最为直接的因素是钢液表面流速,研究者[72 ,74 ~77 ] 通过大量实验研究给出了引起剪切卷渣的临界表面流速.漩涡卷渣是由结晶器两侧不对称流动引起的,在流动较弱的一侧会形成漩涡,漩涡强度较大时,可将保护渣抽吸进入钢液,如图8 [78 ] 所示,形成原因主要与滑动水口、水口倾角、水口偏斜度、水口结瘤、塞棒位置、中间包底部非对称流动、水口两侧吹Ar不均等因素有关[69 ,79 ~86 ] .气泡冲击卷渣是指当气泡进入渣层并在渣/金界面或渣层内破裂时,产生的冲击力致使保护渣剧烈波动并进入钢液[87 ,88 ] ,这一作用与上升气泡簇的流速相关,而气泡簇流速与吹气量直接相关,因此部分研究者将产生卷渣时的吹气量定义为临界吹Ar量[88 ] . ...
连铸结晶器内钢液涡流现象的水模型观察和数值模拟
1
2002
... 混合流界面跨尺度性现象源于流动形态的转化,即连续相大尺度界面与离散相小尺度界面的相互转变.在连铸结晶器内,当渣/金界面钢水流速过快、剧烈波动或出现漩涡时,保护渣会被卷入钢液形成渣滴(即卷渣),造成了从连续相渣/金界面向离散相渣滴的转变;反之,渣滴在钢液流场的影响下会上浮,当再次到达渣/金界面后很容易与原渣层融合,实现离散相渣滴到连续相渣/金界面的转变.大量的冷态实验被用于研究结晶器内的卷渣现象和卷渣机理.其中,结晶器液面波动与卷渣行为联系密切,可以较好地反映卷渣程度且易于观测,因此关于卷渣的早期研究集中在液面波动强度的量化.Teshima等[64 ] 经过大量实验数据分析,提出了液面波动指数(F 数),涉及钢液密度、出钢量、射流冲击速率、射流倾角、冲击深度、结晶器断面尺寸等参数,可间接评价卷渣程度.之后,研究者[65 ~67 ] 对于不同的钢种和操作工况归纳出了相应的F 数适用范围.经过大量的工业实践和实验研究,发现卷渣机理主要分为3类[68 ~73 ] :剪切卷渣、漩涡卷渣和气泡冲击卷渣.其中,剪切卷渣是最为常见的卷渣形式,其实质是渣层和钢液间剪切流动引起的相界面不稳定性,因此对剪切卷渣影响最为直接的因素是钢液表面流速,研究者[72 ,74 ~77 ] 通过大量实验研究给出了引起剪切卷渣的临界表面流速.漩涡卷渣是由结晶器两侧不对称流动引起的,在流动较弱的一侧会形成漩涡,漩涡强度较大时,可将保护渣抽吸进入钢液,如图8 [78 ] 所示,形成原因主要与滑动水口、水口倾角、水口偏斜度、水口结瘤、塞棒位置、中间包底部非对称流动、水口两侧吹Ar不均等因素有关[69 ,79 ~86 ] .气泡冲击卷渣是指当气泡进入渣层并在渣/金界面或渣层内破裂时,产生的冲击力致使保护渣剧烈波动并进入钢液[87 ,88 ] ,这一作用与上升气泡簇的流速相关,而气泡簇流速与吹气量直接相关,因此部分研究者将产生卷渣时的吹气量定义为临界吹Ar量[88 ] . ...
The role of mould fluxes in continuous casting—So simple yet so complex
0
2003
高拉速吹氩板坯连铸结晶器内的卷渣机理研究
0
2006
高拉速吹氩板坯连铸结晶器内的卷渣机理研究
0
2006
Mold slag entrainment mechanisms in continuous casting molds
1
2013
... 混合流界面跨尺度性现象源于流动形态的转化,即连续相大尺度界面与离散相小尺度界面的相互转变.在连铸结晶器内,当渣/金界面钢水流速过快、剧烈波动或出现漩涡时,保护渣会被卷入钢液形成渣滴(即卷渣),造成了从连续相渣/金界面向离散相渣滴的转变;反之,渣滴在钢液流场的影响下会上浮,当再次到达渣/金界面后很容易与原渣层融合,实现离散相渣滴到连续相渣/金界面的转变.大量的冷态实验被用于研究结晶器内的卷渣现象和卷渣机理.其中,结晶器液面波动与卷渣行为联系密切,可以较好地反映卷渣程度且易于观测,因此关于卷渣的早期研究集中在液面波动强度的量化.Teshima等[64 ] 经过大量实验数据分析,提出了液面波动指数(F 数),涉及钢液密度、出钢量、射流冲击速率、射流倾角、冲击深度、结晶器断面尺寸等参数,可间接评价卷渣程度.之后,研究者[65 ~67 ] 对于不同的钢种和操作工况归纳出了相应的F 数适用范围.经过大量的工业实践和实验研究,发现卷渣机理主要分为3类[68 ~73 ] :剪切卷渣、漩涡卷渣和气泡冲击卷渣.其中,剪切卷渣是最为常见的卷渣形式,其实质是渣层和钢液间剪切流动引起的相界面不稳定性,因此对剪切卷渣影响最为直接的因素是钢液表面流速,研究者[72 ,74 ~77 ] 通过大量实验研究给出了引起剪切卷渣的临界表面流速.漩涡卷渣是由结晶器两侧不对称流动引起的,在流动较弱的一侧会形成漩涡,漩涡强度较大时,可将保护渣抽吸进入钢液,如图8 [78 ] 所示,形成原因主要与滑动水口、水口倾角、水口偏斜度、水口结瘤、塞棒位置、中间包底部非对称流动、水口两侧吹Ar不均等因素有关[69 ,79 ~86 ] .气泡冲击卷渣是指当气泡进入渣层并在渣/金界面或渣层内破裂时,产生的冲击力致使保护渣剧烈波动并进入钢液[87 ,88 ] ,这一作用与上升气泡簇的流速相关,而气泡簇流速与吹气量直接相关,因此部分研究者将产生卷渣时的吹气量定义为临界吹Ar量[88 ] . ...
Model investigations on the stability of the steel-slag interface in continuous-casting process
2
2013
... 混合流界面跨尺度性现象源于流动形态的转化,即连续相大尺度界面与离散相小尺度界面的相互转变.在连铸结晶器内,当渣/金界面钢水流速过快、剧烈波动或出现漩涡时,保护渣会被卷入钢液形成渣滴(即卷渣),造成了从连续相渣/金界面向离散相渣滴的转变;反之,渣滴在钢液流场的影响下会上浮,当再次到达渣/金界面后很容易与原渣层融合,实现离散相渣滴到连续相渣/金界面的转变.大量的冷态实验被用于研究结晶器内的卷渣现象和卷渣机理.其中,结晶器液面波动与卷渣行为联系密切,可以较好地反映卷渣程度且易于观测,因此关于卷渣的早期研究集中在液面波动强度的量化.Teshima等[64 ] 经过大量实验数据分析,提出了液面波动指数(F 数),涉及钢液密度、出钢量、射流冲击速率、射流倾角、冲击深度、结晶器断面尺寸等参数,可间接评价卷渣程度.之后,研究者[65 ~67 ] 对于不同的钢种和操作工况归纳出了相应的F 数适用范围.经过大量的工业实践和实验研究,发现卷渣机理主要分为3类[68 ~73 ] :剪切卷渣、漩涡卷渣和气泡冲击卷渣.其中,剪切卷渣是最为常见的卷渣形式,其实质是渣层和钢液间剪切流动引起的相界面不稳定性,因此对剪切卷渣影响最为直接的因素是钢液表面流速,研究者[72 ,74 ~77 ] 通过大量实验研究给出了引起剪切卷渣的临界表面流速.漩涡卷渣是由结晶器两侧不对称流动引起的,在流动较弱的一侧会形成漩涡,漩涡强度较大时,可将保护渣抽吸进入钢液,如图8 [78 ] 所示,形成原因主要与滑动水口、水口倾角、水口偏斜度、水口结瘤、塞棒位置、中间包底部非对称流动、水口两侧吹Ar不均等因素有关[69 ,79 ~86 ] .气泡冲击卷渣是指当气泡进入渣层并在渣/金界面或渣层内破裂时,产生的冲击力致使保护渣剧烈波动并进入钢液[87 ,88 ] ,这一作用与上升气泡簇的流速相关,而气泡簇流速与吹气量直接相关,因此部分研究者将产生卷渣时的吹气量定义为临界吹Ar量[88 ] . ...
... 另外,结晶器渣/金界面乳化现象将会显著降低渣/金界面的界面性质(浸润性和表面张力等),从而加剧卷渣,恶化铸坯质量.Chung等[89 ] 和Han等[90 ] 采用X射线成像技术动态观察了气泡在金属液和熔渣中的传输过程,考察了气泡、金属液滴在渣相中的乳化现象.乳化行为与渣/金、渣/气界面处的剪切力分布息息相关[91 ~94 ] ,剪切力引发的熔渣乳化与卷渣有3种不稳定机制[68 ,73 ,74 ] ,即Kelvin-Helmholtz不稳定性、Tylor-Saffman不稳定性和Fluid流动不稳定性.部分研究者[92 ,93 ] 通过理论和实验分析定量描述了结晶器内的乳化和卷渣行为,但主要针对等温的冷态水模型,而实际高温熔体渣/金界面处存在较大的温度梯度和浓度梯度,由此引发的Marangoni效应[95 ] (因界面张力梯度引起的流动)在渣/金界面处变得突出,进而影响乳化和卷渣行为.Zhou等[96 ] 采用实际高温熔体实验剖析了渣/金界面润湿行为和界面张力之间的内在相互影响机理,其结果也反映了Marangoni效应在渣/金界面处的作用.Liu等[51 ,52 ] 采用水模型实验观察到了渣金界面附近的乳化现象,发现主要是由气泡聚集造成的,或可称为气-渣乳化现象,如图9 [51 ] 所示. ...
Prediction model for steel/slag interfacial instability in continuous casting process
2
2015
... 混合流界面跨尺度性现象源于流动形态的转化,即连续相大尺度界面与离散相小尺度界面的相互转变.在连铸结晶器内,当渣/金界面钢水流速过快、剧烈波动或出现漩涡时,保护渣会被卷入钢液形成渣滴(即卷渣),造成了从连续相渣/金界面向离散相渣滴的转变;反之,渣滴在钢液流场的影响下会上浮,当再次到达渣/金界面后很容易与原渣层融合,实现离散相渣滴到连续相渣/金界面的转变.大量的冷态实验被用于研究结晶器内的卷渣现象和卷渣机理.其中,结晶器液面波动与卷渣行为联系密切,可以较好地反映卷渣程度且易于观测,因此关于卷渣的早期研究集中在液面波动强度的量化.Teshima等[64 ] 经过大量实验数据分析,提出了液面波动指数(F 数),涉及钢液密度、出钢量、射流冲击速率、射流倾角、冲击深度、结晶器断面尺寸等参数,可间接评价卷渣程度.之后,研究者[65 ~67 ] 对于不同的钢种和操作工况归纳出了相应的F 数适用范围.经过大量的工业实践和实验研究,发现卷渣机理主要分为3类[68 ~73 ] :剪切卷渣、漩涡卷渣和气泡冲击卷渣.其中,剪切卷渣是最为常见的卷渣形式,其实质是渣层和钢液间剪切流动引起的相界面不稳定性,因此对剪切卷渣影响最为直接的因素是钢液表面流速,研究者[72 ,74 ~77 ] 通过大量实验研究给出了引起剪切卷渣的临界表面流速.漩涡卷渣是由结晶器两侧不对称流动引起的,在流动较弱的一侧会形成漩涡,漩涡强度较大时,可将保护渣抽吸进入钢液,如图8 [78 ] 所示,形成原因主要与滑动水口、水口倾角、水口偏斜度、水口结瘤、塞棒位置、中间包底部非对称流动、水口两侧吹Ar不均等因素有关[69 ,79 ~86 ] .气泡冲击卷渣是指当气泡进入渣层并在渣/金界面或渣层内破裂时,产生的冲击力致使保护渣剧烈波动并进入钢液[87 ,88 ] ,这一作用与上升气泡簇的流速相关,而气泡簇流速与吹气量直接相关,因此部分研究者将产生卷渣时的吹气量定义为临界吹Ar量[88 ] . ...
... 另外,结晶器渣/金界面乳化现象将会显著降低渣/金界面的界面性质(浸润性和表面张力等),从而加剧卷渣,恶化铸坯质量.Chung等[89 ] 和Han等[90 ] 采用X射线成像技术动态观察了气泡在金属液和熔渣中的传输过程,考察了气泡、金属液滴在渣相中的乳化现象.乳化行为与渣/金、渣/气界面处的剪切力分布息息相关[91 ~94 ] ,剪切力引发的熔渣乳化与卷渣有3种不稳定机制[68 ,73 ,74 ] ,即Kelvin-Helmholtz不稳定性、Tylor-Saffman不稳定性和Fluid流动不稳定性.部分研究者[92 ,93 ] 通过理论和实验分析定量描述了结晶器内的乳化和卷渣行为,但主要针对等温的冷态水模型,而实际高温熔体渣/金界面处存在较大的温度梯度和浓度梯度,由此引发的Marangoni效应[95 ] (因界面张力梯度引起的流动)在渣/金界面处变得突出,进而影响乳化和卷渣行为.Zhou等[96 ] 采用实际高温熔体实验剖析了渣/金界面润湿行为和界面张力之间的内在相互影响机理,其结果也反映了Marangoni效应在渣/金界面处的作用.Liu等[51 ,52 ] 采用水模型实验观察到了渣金界面附近的乳化现象,发现主要是由气泡聚集造成的,或可称为气-渣乳化现象,如图9 [51 ] 所示. ...
Fluid flow and mass transfer in a refining process by use of stirring
0
1984
A study of the effect of fluid physical properties upon droplet emulsification
0
1996
連鋳鋳型内における溶鋼流動の周期的変動とパウダ巻き込み挙動の解析
1
1996
... 混合流界面跨尺度性现象源于流动形态的转化,即连续相大尺度界面与离散相小尺度界面的相互转变.在连铸结晶器内,当渣/金界面钢水流速过快、剧烈波动或出现漩涡时,保护渣会被卷入钢液形成渣滴(即卷渣),造成了从连续相渣/金界面向离散相渣滴的转变;反之,渣滴在钢液流场的影响下会上浮,当再次到达渣/金界面后很容易与原渣层融合,实现离散相渣滴到连续相渣/金界面的转变.大量的冷态实验被用于研究结晶器内的卷渣现象和卷渣机理.其中,结晶器液面波动与卷渣行为联系密切,可以较好地反映卷渣程度且易于观测,因此关于卷渣的早期研究集中在液面波动强度的量化.Teshima等[64 ] 经过大量实验数据分析,提出了液面波动指数(F 数),涉及钢液密度、出钢量、射流冲击速率、射流倾角、冲击深度、结晶器断面尺寸等参数,可间接评价卷渣程度.之后,研究者[65 ~67 ] 对于不同的钢种和操作工况归纳出了相应的F 数适用范围.经过大量的工业实践和实验研究,发现卷渣机理主要分为3类[68 ~73 ] :剪切卷渣、漩涡卷渣和气泡冲击卷渣.其中,剪切卷渣是最为常见的卷渣形式,其实质是渣层和钢液间剪切流动引起的相界面不稳定性,因此对剪切卷渣影响最为直接的因素是钢液表面流速,研究者[72 ,74 ~77 ] 通过大量实验研究给出了引起剪切卷渣的临界表面流速.漩涡卷渣是由结晶器两侧不对称流动引起的,在流动较弱的一侧会形成漩涡,漩涡强度较大时,可将保护渣抽吸进入钢液,如图8 [78 ] 所示,形成原因主要与滑动水口、水口倾角、水口偏斜度、水口结瘤、塞棒位置、中间包底部非对称流动、水口两侧吹Ar不均等因素有关[69 ,79 ~86 ] .气泡冲击卷渣是指当气泡进入渣层并在渣/金界面或渣层内破裂时,产生的冲击力致使保护渣剧烈波动并进入钢液[87 ,88 ] ,这一作用与上升气泡簇的流速相关,而气泡簇流速与吹气量直接相关,因此部分研究者将产生卷渣时的吹气量定义为临界吹Ar量[88 ] . ...
連鋳鋳型内における溶鋼流動の周期的変動とパウダ巻き込み挙動の解析
1
1996
... 混合流界面跨尺度性现象源于流动形态的转化,即连续相大尺度界面与离散相小尺度界面的相互转变.在连铸结晶器内,当渣/金界面钢水流速过快、剧烈波动或出现漩涡时,保护渣会被卷入钢液形成渣滴(即卷渣),造成了从连续相渣/金界面向离散相渣滴的转变;反之,渣滴在钢液流场的影响下会上浮,当再次到达渣/金界面后很容易与原渣层融合,实现离散相渣滴到连续相渣/金界面的转变.大量的冷态实验被用于研究结晶器内的卷渣现象和卷渣机理.其中,结晶器液面波动与卷渣行为联系密切,可以较好地反映卷渣程度且易于观测,因此关于卷渣的早期研究集中在液面波动强度的量化.Teshima等[64 ] 经过大量实验数据分析,提出了液面波动指数(F 数),涉及钢液密度、出钢量、射流冲击速率、射流倾角、冲击深度、结晶器断面尺寸等参数,可间接评价卷渣程度.之后,研究者[65 ~67 ] 对于不同的钢种和操作工况归纳出了相应的F 数适用范围.经过大量的工业实践和实验研究,发现卷渣机理主要分为3类[68 ~73 ] :剪切卷渣、漩涡卷渣和气泡冲击卷渣.其中,剪切卷渣是最为常见的卷渣形式,其实质是渣层和钢液间剪切流动引起的相界面不稳定性,因此对剪切卷渣影响最为直接的因素是钢液表面流速,研究者[72 ,74 ~77 ] 通过大量实验研究给出了引起剪切卷渣的临界表面流速.漩涡卷渣是由结晶器两侧不对称流动引起的,在流动较弱的一侧会形成漩涡,漩涡强度较大时,可将保护渣抽吸进入钢液,如图8 [78 ] 所示,形成原因主要与滑动水口、水口倾角、水口偏斜度、水口结瘤、塞棒位置、中间包底部非对称流动、水口两侧吹Ar不均等因素有关[69 ,79 ~86 ] .气泡冲击卷渣是指当气泡进入渣层并在渣/金界面或渣层内破裂时,产生的冲击力致使保护渣剧烈波动并进入钢液[87 ,88 ] ,这一作用与上升气泡簇的流速相关,而气泡簇流速与吹气量直接相关,因此部分研究者将产生卷渣时的吹气量定义为临界吹Ar量[88 ] . ...
Vortex flow pattern in a slab continuous casting mold with argon gas injection
3
2014
... 混合流界面跨尺度性现象源于流动形态的转化,即连续相大尺度界面与离散相小尺度界面的相互转变.在连铸结晶器内,当渣/金界面钢水流速过快、剧烈波动或出现漩涡时,保护渣会被卷入钢液形成渣滴(即卷渣),造成了从连续相渣/金界面向离散相渣滴的转变;反之,渣滴在钢液流场的影响下会上浮,当再次到达渣/金界面后很容易与原渣层融合,实现离散相渣滴到连续相渣/金界面的转变.大量的冷态实验被用于研究结晶器内的卷渣现象和卷渣机理.其中,结晶器液面波动与卷渣行为联系密切,可以较好地反映卷渣程度且易于观测,因此关于卷渣的早期研究集中在液面波动强度的量化.Teshima等[64 ] 经过大量实验数据分析,提出了液面波动指数(F 数),涉及钢液密度、出钢量、射流冲击速率、射流倾角、冲击深度、结晶器断面尺寸等参数,可间接评价卷渣程度.之后,研究者[65 ~67 ] 对于不同的钢种和操作工况归纳出了相应的F 数适用范围.经过大量的工业实践和实验研究,发现卷渣机理主要分为3类[68 ~73 ] :剪切卷渣、漩涡卷渣和气泡冲击卷渣.其中,剪切卷渣是最为常见的卷渣形式,其实质是渣层和钢液间剪切流动引起的相界面不稳定性,因此对剪切卷渣影响最为直接的因素是钢液表面流速,研究者[72 ,74 ~77 ] 通过大量实验研究给出了引起剪切卷渣的临界表面流速.漩涡卷渣是由结晶器两侧不对称流动引起的,在流动较弱的一侧会形成漩涡,漩涡强度较大时,可将保护渣抽吸进入钢液,如图8 [78 ] 所示,形成原因主要与滑动水口、水口倾角、水口偏斜度、水口结瘤、塞棒位置、中间包底部非对称流动、水口两侧吹Ar不均等因素有关[69 ,79 ~86 ] .气泡冲击卷渣是指当气泡进入渣层并在渣/金界面或渣层内破裂时,产生的冲击力致使保护渣剧烈波动并进入钢液[87 ,88 ] ,这一作用与上升气泡簇的流速相关,而气泡簇流速与吹气量直接相关,因此部分研究者将产生卷渣时的吹气量定义为临界吹Ar量[88 ] . ...
... [
78 ]
Vortex slag entrapment phenomenon observed in water model experiment[78 ] (a) near SEN (b) near the quarter width ...
... [
78 ]
(a) near SEN (b) near the quarter width ...
Effects of clogging, argon injection, and continuous casting conditions on flow and air aspiration in submerged entry nozzles
1
2001
... 混合流界面跨尺度性现象源于流动形态的转化,即连续相大尺度界面与离散相小尺度界面的相互转变.在连铸结晶器内,当渣/金界面钢水流速过快、剧烈波动或出现漩涡时,保护渣会被卷入钢液形成渣滴(即卷渣),造成了从连续相渣/金界面向离散相渣滴的转变;反之,渣滴在钢液流场的影响下会上浮,当再次到达渣/金界面后很容易与原渣层融合,实现离散相渣滴到连续相渣/金界面的转变.大量的冷态实验被用于研究结晶器内的卷渣现象和卷渣机理.其中,结晶器液面波动与卷渣行为联系密切,可以较好地反映卷渣程度且易于观测,因此关于卷渣的早期研究集中在液面波动强度的量化.Teshima等[64 ] 经过大量实验数据分析,提出了液面波动指数(F 数),涉及钢液密度、出钢量、射流冲击速率、射流倾角、冲击深度、结晶器断面尺寸等参数,可间接评价卷渣程度.之后,研究者[65 ~67 ] 对于不同的钢种和操作工况归纳出了相应的F 数适用范围.经过大量的工业实践和实验研究,发现卷渣机理主要分为3类[68 ~73 ] :剪切卷渣、漩涡卷渣和气泡冲击卷渣.其中,剪切卷渣是最为常见的卷渣形式,其实质是渣层和钢液间剪切流动引起的相界面不稳定性,因此对剪切卷渣影响最为直接的因素是钢液表面流速,研究者[72 ,74 ~77 ] 通过大量实验研究给出了引起剪切卷渣的临界表面流速.漩涡卷渣是由结晶器两侧不对称流动引起的,在流动较弱的一侧会形成漩涡,漩涡强度较大时,可将保护渣抽吸进入钢液,如图8 [78 ] 所示,形成原因主要与滑动水口、水口倾角、水口偏斜度、水口结瘤、塞棒位置、中间包底部非对称流动、水口两侧吹Ar不均等因素有关[69 ,79 ~86 ] .气泡冲击卷渣是指当气泡进入渣层并在渣/金界面或渣层内破裂时,产生的冲击力致使保护渣剧烈波动并进入钢液[87 ,88 ] ,这一作用与上升气泡簇的流速相关,而气泡簇流速与吹气量直接相关,因此部分研究者将产生卷渣时的吹气量定义为临界吹Ar量[88 ] . ...
Vortexing flow patterns in a water model of slab continuous casting mold
0
2005
Effects of electromagnetic brake on vortex flows in thin slab continuous casting mold
0
2006
Efficient modeling of flow asymmetries and particle entrapment in nozzle and mold during continuous casting of steel slabs
0
2006
Flow transport and inclusion motion in steel continuous-casting mold under submerged entry nozzle clogging condition
0
2008
Asymmetric multi-phase fluid flow and particle entrapment in a continuous casting mold
0
2008
Effect of stopper-rod misalignment on asymmetric flow and vortex formation in steel slab casting
0
2010
Effect of stopper-rod misalignment on fluid flow in continuous casting of steel
1
2011
... 混合流界面跨尺度性现象源于流动形态的转化,即连续相大尺度界面与离散相小尺度界面的相互转变.在连铸结晶器内,当渣/金界面钢水流速过快、剧烈波动或出现漩涡时,保护渣会被卷入钢液形成渣滴(即卷渣),造成了从连续相渣/金界面向离散相渣滴的转变;反之,渣滴在钢液流场的影响下会上浮,当再次到达渣/金界面后很容易与原渣层融合,实现离散相渣滴到连续相渣/金界面的转变.大量的冷态实验被用于研究结晶器内的卷渣现象和卷渣机理.其中,结晶器液面波动与卷渣行为联系密切,可以较好地反映卷渣程度且易于观测,因此关于卷渣的早期研究集中在液面波动强度的量化.Teshima等[64 ] 经过大量实验数据分析,提出了液面波动指数(F 数),涉及钢液密度、出钢量、射流冲击速率、射流倾角、冲击深度、结晶器断面尺寸等参数,可间接评价卷渣程度.之后,研究者[65 ~67 ] 对于不同的钢种和操作工况归纳出了相应的F 数适用范围.经过大量的工业实践和实验研究,发现卷渣机理主要分为3类[68 ~73 ] :剪切卷渣、漩涡卷渣和气泡冲击卷渣.其中,剪切卷渣是最为常见的卷渣形式,其实质是渣层和钢液间剪切流动引起的相界面不稳定性,因此对剪切卷渣影响最为直接的因素是钢液表面流速,研究者[72 ,74 ~77 ] 通过大量实验研究给出了引起剪切卷渣的临界表面流速.漩涡卷渣是由结晶器两侧不对称流动引起的,在流动较弱的一侧会形成漩涡,漩涡强度较大时,可将保护渣抽吸进入钢液,如图8 [78 ] 所示,形成原因主要与滑动水口、水口倾角、水口偏斜度、水口结瘤、塞棒位置、中间包底部非对称流动、水口两侧吹Ar不均等因素有关[69 ,79 ~86 ] .气泡冲击卷渣是指当气泡进入渣层并在渣/金界面或渣层内破裂时,产生的冲击力致使保护渣剧烈波动并进入钢液[87 ,88 ] ,这一作用与上升气泡簇的流速相关,而气泡簇流速与吹气量直接相关,因此部分研究者将产生卷渣时的吹气量定义为临界吹Ar量[88 ] . ...
Mechanism of mold powder entrapment caused by large argon bubble in continuous casting mold
1
2001
... 混合流界面跨尺度性现象源于流动形态的转化,即连续相大尺度界面与离散相小尺度界面的相互转变.在连铸结晶器内,当渣/金界面钢水流速过快、剧烈波动或出现漩涡时,保护渣会被卷入钢液形成渣滴(即卷渣),造成了从连续相渣/金界面向离散相渣滴的转变;反之,渣滴在钢液流场的影响下会上浮,当再次到达渣/金界面后很容易与原渣层融合,实现离散相渣滴到连续相渣/金界面的转变.大量的冷态实验被用于研究结晶器内的卷渣现象和卷渣机理.其中,结晶器液面波动与卷渣行为联系密切,可以较好地反映卷渣程度且易于观测,因此关于卷渣的早期研究集中在液面波动强度的量化.Teshima等[64 ] 经过大量实验数据分析,提出了液面波动指数(F 数),涉及钢液密度、出钢量、射流冲击速率、射流倾角、冲击深度、结晶器断面尺寸等参数,可间接评价卷渣程度.之后,研究者[65 ~67 ] 对于不同的钢种和操作工况归纳出了相应的F 数适用范围.经过大量的工业实践和实验研究,发现卷渣机理主要分为3类[68 ~73 ] :剪切卷渣、漩涡卷渣和气泡冲击卷渣.其中,剪切卷渣是最为常见的卷渣形式,其实质是渣层和钢液间剪切流动引起的相界面不稳定性,因此对剪切卷渣影响最为直接的因素是钢液表面流速,研究者[72 ,74 ~77 ] 通过大量实验研究给出了引起剪切卷渣的临界表面流速.漩涡卷渣是由结晶器两侧不对称流动引起的,在流动较弱的一侧会形成漩涡,漩涡强度较大时,可将保护渣抽吸进入钢液,如图8 [78 ] 所示,形成原因主要与滑动水口、水口倾角、水口偏斜度、水口结瘤、塞棒位置、中间包底部非对称流动、水口两侧吹Ar不均等因素有关[69 ,79 ~86 ] .气泡冲击卷渣是指当气泡进入渣层并在渣/金界面或渣层内破裂时,产生的冲击力致使保护渣剧烈波动并进入钢液[87 ,88 ] ,这一作用与上升气泡簇的流速相关,而气泡簇流速与吹气量直接相关,因此部分研究者将产生卷渣时的吹气量定义为临界吹Ar量[88 ] . ...
Evaluation of critical gas flow rate for the entrapment of slag using a water model
2
1994
... 混合流界面跨尺度性现象源于流动形态的转化,即连续相大尺度界面与离散相小尺度界面的相互转变.在连铸结晶器内,当渣/金界面钢水流速过快、剧烈波动或出现漩涡时,保护渣会被卷入钢液形成渣滴(即卷渣),造成了从连续相渣/金界面向离散相渣滴的转变;反之,渣滴在钢液流场的影响下会上浮,当再次到达渣/金界面后很容易与原渣层融合,实现离散相渣滴到连续相渣/金界面的转变.大量的冷态实验被用于研究结晶器内的卷渣现象和卷渣机理.其中,结晶器液面波动与卷渣行为联系密切,可以较好地反映卷渣程度且易于观测,因此关于卷渣的早期研究集中在液面波动强度的量化.Teshima等[64 ] 经过大量实验数据分析,提出了液面波动指数(F 数),涉及钢液密度、出钢量、射流冲击速率、射流倾角、冲击深度、结晶器断面尺寸等参数,可间接评价卷渣程度.之后,研究者[65 ~67 ] 对于不同的钢种和操作工况归纳出了相应的F 数适用范围.经过大量的工业实践和实验研究,发现卷渣机理主要分为3类[68 ~73 ] :剪切卷渣、漩涡卷渣和气泡冲击卷渣.其中,剪切卷渣是最为常见的卷渣形式,其实质是渣层和钢液间剪切流动引起的相界面不稳定性,因此对剪切卷渣影响最为直接的因素是钢液表面流速,研究者[72 ,74 ~77 ] 通过大量实验研究给出了引起剪切卷渣的临界表面流速.漩涡卷渣是由结晶器两侧不对称流动引起的,在流动较弱的一侧会形成漩涡,漩涡强度较大时,可将保护渣抽吸进入钢液,如图8 [78 ] 所示,形成原因主要与滑动水口、水口倾角、水口偏斜度、水口结瘤、塞棒位置、中间包底部非对称流动、水口两侧吹Ar不均等因素有关[69 ,79 ~86 ] .气泡冲击卷渣是指当气泡进入渣层并在渣/金界面或渣层内破裂时,产生的冲击力致使保护渣剧烈波动并进入钢液[87 ,88 ] ,这一作用与上升气泡簇的流速相关,而气泡簇流速与吹气量直接相关,因此部分研究者将产生卷渣时的吹气量定义为临界吹Ar量[88 ] . ...
... [88 ]. ...
Dynamic and equilibrium interfacial phenomena in liquid steel-slag systems
1
2000
... 另外,结晶器渣/金界面乳化现象将会显著降低渣/金界面的界面性质(浸润性和表面张力等),从而加剧卷渣,恶化铸坯质量.Chung等[89 ] 和Han等[90 ] 采用X射线成像技术动态观察了气泡在金属液和熔渣中的传输过程,考察了气泡、金属液滴在渣相中的乳化现象.乳化行为与渣/金、渣/气界面处的剪切力分布息息相关[91 ~94 ] ,剪切力引发的熔渣乳化与卷渣有3种不稳定机制[68 ,73 ,74 ] ,即Kelvin-Helmholtz不稳定性、Tylor-Saffman不稳定性和Fluid流动不稳定性.部分研究者[92 ,93 ] 通过理论和实验分析定量描述了结晶器内的乳化和卷渣行为,但主要针对等温的冷态水模型,而实际高温熔体渣/金界面处存在较大的温度梯度和浓度梯度,由此引发的Marangoni效应[95 ] (因界面张力梯度引起的流动)在渣/金界面处变得突出,进而影响乳化和卷渣行为.Zhou等[96 ] 采用实际高温熔体实验剖析了渣/金界面润湿行为和界面张力之间的内在相互影响机理,其结果也反映了Marangoni效应在渣/金界面处的作用.Liu等[51 ,52 ] 采用水模型实验观察到了渣金界面附近的乳化现象,发现主要是由气泡聚集造成的,或可称为气-渣乳化现象,如图9 [51 ] 所示. ...
Bubble bursting phenomenon in gas/metal/slag systems
1
2003
... 另外,结晶器渣/金界面乳化现象将会显著降低渣/金界面的界面性质(浸润性和表面张力等),从而加剧卷渣,恶化铸坯质量.Chung等[89 ] 和Han等[90 ] 采用X射线成像技术动态观察了气泡在金属液和熔渣中的传输过程,考察了气泡、金属液滴在渣相中的乳化现象.乳化行为与渣/金、渣/气界面处的剪切力分布息息相关[91 ~94 ] ,剪切力引发的熔渣乳化与卷渣有3种不稳定机制[68 ,73 ,74 ] ,即Kelvin-Helmholtz不稳定性、Tylor-Saffman不稳定性和Fluid流动不稳定性.部分研究者[92 ,93 ] 通过理论和实验分析定量描述了结晶器内的乳化和卷渣行为,但主要针对等温的冷态水模型,而实际高温熔体渣/金界面处存在较大的温度梯度和浓度梯度,由此引发的Marangoni效应[95 ] (因界面张力梯度引起的流动)在渣/金界面处变得突出,进而影响乳化和卷渣行为.Zhou等[96 ] 采用实际高温熔体实验剖析了渣/金界面润湿行为和界面张力之间的内在相互影响机理,其结果也反映了Marangoni效应在渣/金界面处的作用.Liu等[51 ,52 ] 采用水模型实验观察到了渣金界面附近的乳化现象,发现主要是由气泡聚集造成的,或可称为气-渣乳化现象,如图9 [51 ] 所示. ...
Subsurface mold slag entrainment in ultra low carbon steels
1
1994
... 另外,结晶器渣/金界面乳化现象将会显著降低渣/金界面的界面性质(浸润性和表面张力等),从而加剧卷渣,恶化铸坯质量.Chung等[89 ] 和Han等[90 ] 采用X射线成像技术动态观察了气泡在金属液和熔渣中的传输过程,考察了气泡、金属液滴在渣相中的乳化现象.乳化行为与渣/金、渣/气界面处的剪切力分布息息相关[91 ~94 ] ,剪切力引发的熔渣乳化与卷渣有3种不稳定机制[68 ,73 ,74 ] ,即Kelvin-Helmholtz不稳定性、Tylor-Saffman不稳定性和Fluid流动不稳定性.部分研究者[92 ,93 ] 通过理论和实验分析定量描述了结晶器内的乳化和卷渣行为,但主要针对等温的冷态水模型,而实际高温熔体渣/金界面处存在较大的温度梯度和浓度梯度,由此引发的Marangoni效应[95 ] (因界面张力梯度引起的流动)在渣/金界面处变得突出,进而影响乳化和卷渣行为.Zhou等[96 ] 采用实际高温熔体实验剖析了渣/金界面润湿行为和界面张力之间的内在相互影响机理,其结果也反映了Marangoni效应在渣/金界面处的作用.Liu等[51 ,52 ] 采用水模型实验观察到了渣金界面附近的乳化现象,发现主要是由气泡聚集造成的,或可称为气-渣乳化现象,如图9 [51 ] 所示. ...
Influence of injected Ar gas on the involvement of the mold powder under different wettabilities between porous refractory and molten steel
1
1999
... 另外,结晶器渣/金界面乳化现象将会显著降低渣/金界面的界面性质(浸润性和表面张力等),从而加剧卷渣,恶化铸坯质量.Chung等[89 ] 和Han等[90 ] 采用X射线成像技术动态观察了气泡在金属液和熔渣中的传输过程,考察了气泡、金属液滴在渣相中的乳化现象.乳化行为与渣/金、渣/气界面处的剪切力分布息息相关[91 ~94 ] ,剪切力引发的熔渣乳化与卷渣有3种不稳定机制[68 ,73 ,74 ] ,即Kelvin-Helmholtz不稳定性、Tylor-Saffman不稳定性和Fluid流动不稳定性.部分研究者[92 ,93 ] 通过理论和实验分析定量描述了结晶器内的乳化和卷渣行为,但主要针对等温的冷态水模型,而实际高温熔体渣/金界面处存在较大的温度梯度和浓度梯度,由此引发的Marangoni效应[95 ] (因界面张力梯度引起的流动)在渣/金界面处变得突出,进而影响乳化和卷渣行为.Zhou等[96 ] 采用实际高温熔体实验剖析了渣/金界面润湿行为和界面张力之间的内在相互影响机理,其结果也反映了Marangoni效应在渣/金界面处的作用.Liu等[51 ,52 ] 采用水模型实验观察到了渣金界面附近的乳化现象,发现主要是由气泡聚集造成的,或可称为气-渣乳化现象,如图9 [51 ] 所示. ...
Ejection of steel and slag droplets from gas stirred steel melts
1
2002
... 另外,结晶器渣/金界面乳化现象将会显著降低渣/金界面的界面性质(浸润性和表面张力等),从而加剧卷渣,恶化铸坯质量.Chung等[89 ] 和Han等[90 ] 采用X射线成像技术动态观察了气泡在金属液和熔渣中的传输过程,考察了气泡、金属液滴在渣相中的乳化现象.乳化行为与渣/金、渣/气界面处的剪切力分布息息相关[91 ~94 ] ,剪切力引发的熔渣乳化与卷渣有3种不稳定机制[68 ,73 ,74 ] ,即Kelvin-Helmholtz不稳定性、Tylor-Saffman不稳定性和Fluid流动不稳定性.部分研究者[92 ,93 ] 通过理论和实验分析定量描述了结晶器内的乳化和卷渣行为,但主要针对等温的冷态水模型,而实际高温熔体渣/金界面处存在较大的温度梯度和浓度梯度,由此引发的Marangoni效应[95 ] (因界面张力梯度引起的流动)在渣/金界面处变得突出,进而影响乳化和卷渣行为.Zhou等[96 ] 采用实际高温熔体实验剖析了渣/金界面润湿行为和界面张力之间的内在相互影响机理,其结果也反映了Marangoni效应在渣/金界面处的作用.Liu等[51 ,52 ] 采用水模型实验观察到了渣金界面附近的乳化现象,发现主要是由气泡聚集造成的,或可称为气-渣乳化现象,如图9 [51 ] 所示. ...
連続鋳造モールド内浸漬ノズル吐出口近傍におけるモールドパウダー巻き込みに関する水モデル実験
1
2001
... 另外,结晶器渣/金界面乳化现象将会显著降低渣/金界面的界面性质(浸润性和表面张力等),从而加剧卷渣,恶化铸坯质量.Chung等[89 ] 和Han等[90 ] 采用X射线成像技术动态观察了气泡在金属液和熔渣中的传输过程,考察了气泡、金属液滴在渣相中的乳化现象.乳化行为与渣/金、渣/气界面处的剪切力分布息息相关[91 ~94 ] ,剪切力引发的熔渣乳化与卷渣有3种不稳定机制[68 ,73 ,74 ] ,即Kelvin-Helmholtz不稳定性、Tylor-Saffman不稳定性和Fluid流动不稳定性.部分研究者[92 ,93 ] 通过理论和实验分析定量描述了结晶器内的乳化和卷渣行为,但主要针对等温的冷态水模型,而实际高温熔体渣/金界面处存在较大的温度梯度和浓度梯度,由此引发的Marangoni效应[95 ] (因界面张力梯度引起的流动)在渣/金界面处变得突出,进而影响乳化和卷渣行为.Zhou等[96 ] 采用实际高温熔体实验剖析了渣/金界面润湿行为和界面张力之间的内在相互影响机理,其结果也反映了Marangoni效应在渣/金界面处的作用.Liu等[51 ,52 ] 采用水模型实验观察到了渣金界面附近的乳化现象,发现主要是由气泡聚集造成的,或可称为气-渣乳化现象,如图9 [51 ] 所示. ...
連続鋳造モールド内浸漬ノズル吐出口近傍におけるモールドパウダー巻き込みに関する水モデル実験
1
2001
... 另外,结晶器渣/金界面乳化现象将会显著降低渣/金界面的界面性质(浸润性和表面张力等),从而加剧卷渣,恶化铸坯质量.Chung等[89 ] 和Han等[90 ] 采用X射线成像技术动态观察了气泡在金属液和熔渣中的传输过程,考察了气泡、金属液滴在渣相中的乳化现象.乳化行为与渣/金、渣/气界面处的剪切力分布息息相关[91 ~94 ] ,剪切力引发的熔渣乳化与卷渣有3种不稳定机制[68 ,73 ,74 ] ,即Kelvin-Helmholtz不稳定性、Tylor-Saffman不稳定性和Fluid流动不稳定性.部分研究者[92 ,93 ] 通过理论和实验分析定量描述了结晶器内的乳化和卷渣行为,但主要针对等温的冷态水模型,而实际高温熔体渣/金界面处存在较大的温度梯度和浓度梯度,由此引发的Marangoni效应[95 ] (因界面张力梯度引起的流动)在渣/金界面处变得突出,进而影响乳化和卷渣行为.Zhou等[96 ] 采用实际高温熔体实验剖析了渣/金界面润湿行为和界面张力之间的内在相互影响机理,其结果也反映了Marangoni效应在渣/金界面处的作用.Liu等[51 ,52 ] 采用水模型实验观察到了渣金界面附近的乳化现象,发现主要是由气泡聚集造成的,或可称为气-渣乳化现象,如图9 [51 ] 所示. ...
Local corrosion of magnesia-chrome refractories driven by Marangoni convection at the slag-metal interface
1
2002
... 另外,结晶器渣/金界面乳化现象将会显著降低渣/金界面的界面性质(浸润性和表面张力等),从而加剧卷渣,恶化铸坯质量.Chung等[89 ] 和Han等[90 ] 采用X射线成像技术动态观察了气泡在金属液和熔渣中的传输过程,考察了气泡、金属液滴在渣相中的乳化现象.乳化行为与渣/金、渣/气界面处的剪切力分布息息相关[91 ~94 ] ,剪切力引发的熔渣乳化与卷渣有3种不稳定机制[68 ,73 ,74 ] ,即Kelvin-Helmholtz不稳定性、Tylor-Saffman不稳定性和Fluid流动不稳定性.部分研究者[92 ,93 ] 通过理论和实验分析定量描述了结晶器内的乳化和卷渣行为,但主要针对等温的冷态水模型,而实际高温熔体渣/金界面处存在较大的温度梯度和浓度梯度,由此引发的Marangoni效应[95 ] (因界面张力梯度引起的流动)在渣/金界面处变得突出,进而影响乳化和卷渣行为.Zhou等[96 ] 采用实际高温熔体实验剖析了渣/金界面润湿行为和界面张力之间的内在相互影响机理,其结果也反映了Marangoni效应在渣/金界面处的作用.Liu等[51 ,52 ] 采用水模型实验观察到了渣金界面附近的乳化现象,发现主要是由气泡聚集造成的,或可称为气-渣乳化现象,如图9 [51 ] 所示. ...
Computational modeling of temperature, flow, and crystallization of mold slag during double hot thermocouple technique experiments
1
2013
... 另外,结晶器渣/金界面乳化现象将会显著降低渣/金界面的界面性质(浸润性和表面张力等),从而加剧卷渣,恶化铸坯质量.Chung等[89 ] 和Han等[90 ] 采用X射线成像技术动态观察了气泡在金属液和熔渣中的传输过程,考察了气泡、金属液滴在渣相中的乳化现象.乳化行为与渣/金、渣/气界面处的剪切力分布息息相关[91 ~94 ] ,剪切力引发的熔渣乳化与卷渣有3种不稳定机制[68 ,73 ,74 ] ,即Kelvin-Helmholtz不稳定性、Tylor-Saffman不稳定性和Fluid流动不稳定性.部分研究者[92 ,93 ] 通过理论和实验分析定量描述了结晶器内的乳化和卷渣行为,但主要针对等温的冷态水模型,而实际高温熔体渣/金界面处存在较大的温度梯度和浓度梯度,由此引发的Marangoni效应[95 ] (因界面张力梯度引起的流动)在渣/金界面处变得突出,进而影响乳化和卷渣行为.Zhou等[96 ] 采用实际高温熔体实验剖析了渣/金界面润湿行为和界面张力之间的内在相互影响机理,其结果也反映了Marangoni效应在渣/金界面处的作用.Liu等[51 ,52 ] 采用水模型实验观察到了渣金界面附近的乳化现象,发现主要是由气泡聚集造成的,或可称为气-渣乳化现象,如图9 [51 ] 所示. ...
Analysis of three-dimensional vortexes below the free surface in a continuous casting mold
1
2011
... 多尺度相界面共存及不连续性的数学描述一直是多相流数值模拟面临的最大困难.针对大尺度相界面(远大于网格尺度)不连续性问题,一种基于标识函数的界面捕捉模型(interface-capturing model,ICM)被广泛采用,VOF和Level Set为当前主流的ICM.ICM直接从原始的Navier-Stokes方程出发,采用标识函数统一系统方程的描述,避开了平均场的处理,没有人为地丢失系统信息,被广泛应用于模拟结晶器内气-钢-渣三相界面行为[97 ~108 ] ,目前研究成果主要集中于捕捉渣/金界面的波动、渣眼分布、剪切卷渣等方面,如Liu等[51 ,52 ] 和Li等[106 ~108 ] 采用ICM方法计算了结晶器内钢-渣-气多相流,复现了卷渣、渣眼等现象,如图10 [52 ] 所示;并基于简化的管流模型提出了新的液面波动数——J 指数.虽然采用ICM可以得到结晶器或钢包内的渣滴尺寸[106 ~108 ] ,但受到网格尺度的限制,无法捕捉小于网格尺度的渣滴;且界面以空间几何尺度显式的表征,无隐式的物理尺度表征.另外,ICM中多相速度共场的处理使其在相间作用的描述上凸显不足,尤其是在界面相间速度差较大时,需要补充界面摩擦力.如前面所述,TFM可描述小尺度相界面(小于网格尺度)的平均物理尺度,但对于大尺度相界面,由于数值扩散导致其无明确的相间几何边界.因此,2种模型都无法同时有效地描述混合流中大小尺度共存的界面结构.耦合ICM和TFM是解决混合流界面跨尺度性问题的思路,但关键是要澄清不同尺度间的相互作用关系和耦合的原则,建立控制系统的稳定性条件及调控机理.近期,Sun等[109 ] 发展了多尺度气泡桥接模型,实现了ICM和DPM 2种方法的耦合,即Euler和Lagrange体系下的混合气泡共存及相互转变,并首先将其应用到电解铝领域,如图11 [109 ] 所示,期待未来将其应用到连铸领域. ...
Recent developments of a numerical model for continuous casting of steel: Model theory, setup and comparison to physical modelling with liquid metal
0
2014
Mathematical modeling of liquid slag layer fluctuation and slag droplets entrainment in a continuous casting mold based on VOF-LES method
0
2017
Large eddy simulation of electromagnetic three-phase flow in a round bloom considering solidified shell
1
2019
... 连铸结晶器内的高温熔体流动处于强烈的非稳态湍动状态,相界面结构受各相物理量的湍流脉动及多尺度涡的控制,因此湍流模型的有效性也是多尺度相界面描述的关键.根据湍流数值模拟对不同尺度涡的处理方法,相界面可以分为3类:确定型、统计型和过滤型.表1 给出了3种典型的湍流数值模拟方法.基于直接数值模拟(direct numerical simulation,DNS)的相界面属于确定型界面,但DNS除了受计算机容量的限制外,对于具有复杂边界问题的处理方法还未从理论上完全解决,目前难以应用于冶金工程尺度.基于Reynolds平均模拟(Reynolds-averaged Navier-Stokes,RANS)的相界面为统计型界面,它仍是目前结晶器内多相流研究的主流选择[40 ~44 ,48 ~51 ,144 ~151 ] ,但需要强调的是,此时相界面的微细结构以及湍流涡的多尺度效应被抹平,得到的是统计平均意义上的相界面,无法反映受不同尺度涡影响的界面运动和变形,例如,RANS k -ε (k 为湍动能,ε 为湍动能耗散率)模型预测的薄板坯连铸结晶器内的对称涡结构,与水模型实验的非对称结果不符[152 ] .大涡模拟(large eddy simulation,LES)通过过滤操作将湍流运动分解成大尺度涡和小尺度涡2部分,大尺度涡通过直接求解N-S方程获得,而小尺度涡则通过建立亚格子模型求解,因此得到的相界面属于过滤型界面.LES已成功地应用于结晶器内的单相流动计算[9 ~11 ,36 ,40 ,41 ,152 ~159 ] ,获得了钢液的瞬态非对称流场特征.研究者[22 ,35 ,36 ,50 ,100 ,107 ,108 ,160 ~164 ] 分别将LES模型与ICM或TFM耦合,获得了结晶器内的气液两相瞬态流动特征,如图14 [50 ] 所示,解决了以往湍流模型无法捕捉气相对液相造成的湍流脉动压力的难题,改善了局部湍流速度参数、气体流动速率、液体运动参数的预测精度,与实验测量结果吻合较好.但目前发展的所有亚格子模型均假定流动为湍流、充分发展和各向同性,不能适应强各向异性湍流的计算.而且在结晶器泡状流中,气泡的脉动运动会对高温熔体的湍流脉动产生影响(如气泡尾迹增大流体小尺度湍流),目前的亚格子模型中未考虑该项的作用.因此,在LES的应用中,适用于复杂各向异性的多相湍流的亚格子模型还有待于从机理上进行更深入的研究. ...
Optimization on reducing slag entrapment in 150 × 1270 mm slab continuous casting mold
0
2019
Numerical analysis of fluctuation behavior of steel/slag interface in continuous casting mold with static magnetic field
0
2014
Numerical modelling of metal/flux interface in a continuous casting mould
0
2015
Mathematical modelling of slag entrainment and entrained droplets in a continuous casting mould
0
2019
Large eddy simulation on four-phase flow and slag entrainment in the slab continuous casting mold
0
2022
Modeling of gas-steel-slag three-phase flow in ladle metallurgy: Part II. Multi-scale mathematical model
2
2017
... 多尺度相界面共存及不连续性的数学描述一直是多相流数值模拟面临的最大困难.针对大尺度相界面(远大于网格尺度)不连续性问题,一种基于标识函数的界面捕捉模型(interface-capturing model,ICM)被广泛采用,VOF和Level Set为当前主流的ICM.ICM直接从原始的Navier-Stokes方程出发,采用标识函数统一系统方程的描述,避开了平均场的处理,没有人为地丢失系统信息,被广泛应用于模拟结晶器内气-钢-渣三相界面行为[97 ~108 ] ,目前研究成果主要集中于捕捉渣/金界面的波动、渣眼分布、剪切卷渣等方面,如Liu等[51 ,52 ] 和Li等[106 ~108 ] 采用ICM方法计算了结晶器内钢-渣-气多相流,复现了卷渣、渣眼等现象,如图10 [52 ] 所示;并基于简化的管流模型提出了新的液面波动数——J 指数.虽然采用ICM可以得到结晶器或钢包内的渣滴尺寸[106 ~108 ] ,但受到网格尺度的限制,无法捕捉小于网格尺度的渣滴;且界面以空间几何尺度显式的表征,无隐式的物理尺度表征.另外,ICM中多相速度共场的处理使其在相间作用的描述上凸显不足,尤其是在界面相间速度差较大时,需要补充界面摩擦力.如前面所述,TFM可描述小尺度相界面(小于网格尺度)的平均物理尺度,但对于大尺度相界面,由于数值扩散导致其无明确的相间几何边界.因此,2种模型都无法同时有效地描述混合流中大小尺度共存的界面结构.耦合ICM和TFM是解决混合流界面跨尺度性问题的思路,但关键是要澄清不同尺度间的相互作用关系和耦合的原则,建立控制系统的稳定性条件及调控机理.近期,Sun等[109 ] 发展了多尺度气泡桥接模型,实现了ICM和DPM 2种方法的耦合,即Euler和Lagrange体系下的混合气泡共存及相互转变,并首先将其应用到电解铝领域,如图11 [109 ] 所示,期待未来将其应用到连铸领域. ...
... [106 ~108 ],但受到网格尺度的限制,无法捕捉小于网格尺度的渣滴;且界面以空间几何尺度显式的表征,无隐式的物理尺度表征.另外,ICM中多相速度共场的处理使其在相间作用的描述上凸显不足,尤其是在界面相间速度差较大时,需要补充界面摩擦力.如前面所述,TFM可描述小尺度相界面(小于网格尺度)的平均物理尺度,但对于大尺度相界面,由于数值扩散导致其无明确的相间几何边界.因此,2种模型都无法同时有效地描述混合流中大小尺度共存的界面结构.耦合ICM和TFM是解决混合流界面跨尺度性问题的思路,但关键是要澄清不同尺度间的相互作用关系和耦合的原则,建立控制系统的稳定性条件及调控机理.近期,Sun等[109 ] 发展了多尺度气泡桥接模型,实现了ICM和DPM 2种方法的耦合,即Euler和Lagrange体系下的混合气泡共存及相互转变,并首先将其应用到电解铝领域,如图11 [109 ] 所示,期待未来将其应用到连铸领域. ...
Large eddy simulation of multi-phase flow and slag entrapment in a continuous casting mold
1
2019
... 连铸结晶器内的高温熔体流动处于强烈的非稳态湍动状态,相界面结构受各相物理量的湍流脉动及多尺度涡的控制,因此湍流模型的有效性也是多尺度相界面描述的关键.根据湍流数值模拟对不同尺度涡的处理方法,相界面可以分为3类:确定型、统计型和过滤型.表1 给出了3种典型的湍流数值模拟方法.基于直接数值模拟(direct numerical simulation,DNS)的相界面属于确定型界面,但DNS除了受计算机容量的限制外,对于具有复杂边界问题的处理方法还未从理论上完全解决,目前难以应用于冶金工程尺度.基于Reynolds平均模拟(Reynolds-averaged Navier-Stokes,RANS)的相界面为统计型界面,它仍是目前结晶器内多相流研究的主流选择[40 ~44 ,48 ~51 ,144 ~151 ] ,但需要强调的是,此时相界面的微细结构以及湍流涡的多尺度效应被抹平,得到的是统计平均意义上的相界面,无法反映受不同尺度涡影响的界面运动和变形,例如,RANS k -ε (k 为湍动能,ε 为湍动能耗散率)模型预测的薄板坯连铸结晶器内的对称涡结构,与水模型实验的非对称结果不符[152 ] .大涡模拟(large eddy simulation,LES)通过过滤操作将湍流运动分解成大尺度涡和小尺度涡2部分,大尺度涡通过直接求解N-S方程获得,而小尺度涡则通过建立亚格子模型求解,因此得到的相界面属于过滤型界面.LES已成功地应用于结晶器内的单相流动计算[9 ~11 ,36 ,40 ,41 ,152 ~159 ] ,获得了钢液的瞬态非对称流场特征.研究者[22 ,35 ,36 ,50 ,100 ,107 ,108 ,160 ~164 ] 分别将LES模型与ICM或TFM耦合,获得了结晶器内的气液两相瞬态流动特征,如图14 [50 ] 所示,解决了以往湍流模型无法捕捉气相对液相造成的湍流脉动压力的难题,改善了局部湍流速度参数、气体流动速率、液体运动参数的预测精度,与实验测量结果吻合较好.但目前发展的所有亚格子模型均假定流动为湍流、充分发展和各向同性,不能适应强各向异性湍流的计算.而且在结晶器泡状流中,气泡的脉动运动会对高温熔体的湍流脉动产生影响(如气泡尾迹增大流体小尺度湍流),目前的亚格子模型中未考虑该项的作用.因此,在LES的应用中,适用于复杂各向异性的多相湍流的亚格子模型还有待于从机理上进行更深入的研究. ...
Evaluation of slag entrapment in continuous casting mold based on the LES-VOF-DPM coupled model
4
2021
... 多尺度相界面共存及不连续性的数学描述一直是多相流数值模拟面临的最大困难.针对大尺度相界面(远大于网格尺度)不连续性问题,一种基于标识函数的界面捕捉模型(interface-capturing model,ICM)被广泛采用,VOF和Level Set为当前主流的ICM.ICM直接从原始的Navier-Stokes方程出发,采用标识函数统一系统方程的描述,避开了平均场的处理,没有人为地丢失系统信息,被广泛应用于模拟结晶器内气-钢-渣三相界面行为[97 ~108 ] ,目前研究成果主要集中于捕捉渣/金界面的波动、渣眼分布、剪切卷渣等方面,如Liu等[51 ,52 ] 和Li等[106 ~108 ] 采用ICM方法计算了结晶器内钢-渣-气多相流,复现了卷渣、渣眼等现象,如图10 [52 ] 所示;并基于简化的管流模型提出了新的液面波动数——J 指数.虽然采用ICM可以得到结晶器或钢包内的渣滴尺寸[106 ~108 ] ,但受到网格尺度的限制,无法捕捉小于网格尺度的渣滴;且界面以空间几何尺度显式的表征,无隐式的物理尺度表征.另外,ICM中多相速度共场的处理使其在相间作用的描述上凸显不足,尤其是在界面相间速度差较大时,需要补充界面摩擦力.如前面所述,TFM可描述小尺度相界面(小于网格尺度)的平均物理尺度,但对于大尺度相界面,由于数值扩散导致其无明确的相间几何边界.因此,2种模型都无法同时有效地描述混合流中大小尺度共存的界面结构.耦合ICM和TFM是解决混合流界面跨尺度性问题的思路,但关键是要澄清不同尺度间的相互作用关系和耦合的原则,建立控制系统的稳定性条件及调控机理.近期,Sun等[109 ] 发展了多尺度气泡桥接模型,实现了ICM和DPM 2种方法的耦合,即Euler和Lagrange体系下的混合气泡共存及相互转变,并首先将其应用到电解铝领域,如图11 [109 ] 所示,期待未来将其应用到连铸领域. ...
... ~108 ]采用ICM方法计算了结晶器内钢-渣-气多相流,复现了卷渣、渣眼等现象,如图10 [52 ] 所示;并基于简化的管流模型提出了新的液面波动数——J 指数.虽然采用ICM可以得到结晶器或钢包内的渣滴尺寸[106 ~108 ] ,但受到网格尺度的限制,无法捕捉小于网格尺度的渣滴;且界面以空间几何尺度显式的表征,无隐式的物理尺度表征.另外,ICM中多相速度共场的处理使其在相间作用的描述上凸显不足,尤其是在界面相间速度差较大时,需要补充界面摩擦力.如前面所述,TFM可描述小尺度相界面(小于网格尺度)的平均物理尺度,但对于大尺度相界面,由于数值扩散导致其无明确的相间几何边界.因此,2种模型都无法同时有效地描述混合流中大小尺度共存的界面结构.耦合ICM和TFM是解决混合流界面跨尺度性问题的思路,但关键是要澄清不同尺度间的相互作用关系和耦合的原则,建立控制系统的稳定性条件及调控机理.近期,Sun等[109 ] 发展了多尺度气泡桥接模型,实现了ICM和DPM 2种方法的耦合,即Euler和Lagrange体系下的混合气泡共存及相互转变,并首先将其应用到电解铝领域,如图11 [109 ] 所示,期待未来将其应用到连铸领域. ...
... ~108 ],但受到网格尺度的限制,无法捕捉小于网格尺度的渣滴;且界面以空间几何尺度显式的表征,无隐式的物理尺度表征.另外,ICM中多相速度共场的处理使其在相间作用的描述上凸显不足,尤其是在界面相间速度差较大时,需要补充界面摩擦力.如前面所述,TFM可描述小尺度相界面(小于网格尺度)的平均物理尺度,但对于大尺度相界面,由于数值扩散导致其无明确的相间几何边界.因此,2种模型都无法同时有效地描述混合流中大小尺度共存的界面结构.耦合ICM和TFM是解决混合流界面跨尺度性问题的思路,但关键是要澄清不同尺度间的相互作用关系和耦合的原则,建立控制系统的稳定性条件及调控机理.近期,Sun等[109 ] 发展了多尺度气泡桥接模型,实现了ICM和DPM 2种方法的耦合,即Euler和Lagrange体系下的混合气泡共存及相互转变,并首先将其应用到电解铝领域,如图11 [109 ] 所示,期待未来将其应用到连铸领域. ...
... 连铸结晶器内的高温熔体流动处于强烈的非稳态湍动状态,相界面结构受各相物理量的湍流脉动及多尺度涡的控制,因此湍流模型的有效性也是多尺度相界面描述的关键.根据湍流数值模拟对不同尺度涡的处理方法,相界面可以分为3类:确定型、统计型和过滤型.表1 给出了3种典型的湍流数值模拟方法.基于直接数值模拟(direct numerical simulation,DNS)的相界面属于确定型界面,但DNS除了受计算机容量的限制外,对于具有复杂边界问题的处理方法还未从理论上完全解决,目前难以应用于冶金工程尺度.基于Reynolds平均模拟(Reynolds-averaged Navier-Stokes,RANS)的相界面为统计型界面,它仍是目前结晶器内多相流研究的主流选择[40 ~44 ,48 ~51 ,144 ~151 ] ,但需要强调的是,此时相界面的微细结构以及湍流涡的多尺度效应被抹平,得到的是统计平均意义上的相界面,无法反映受不同尺度涡影响的界面运动和变形,例如,RANS k -ε (k 为湍动能,ε 为湍动能耗散率)模型预测的薄板坯连铸结晶器内的对称涡结构,与水模型实验的非对称结果不符[152 ] .大涡模拟(large eddy simulation,LES)通过过滤操作将湍流运动分解成大尺度涡和小尺度涡2部分,大尺度涡通过直接求解N-S方程获得,而小尺度涡则通过建立亚格子模型求解,因此得到的相界面属于过滤型界面.LES已成功地应用于结晶器内的单相流动计算[9 ~11 ,36 ,40 ,41 ,152 ~159 ] ,获得了钢液的瞬态非对称流场特征.研究者[22 ,35 ,36 ,50 ,100 ,107 ,108 ,160 ~164 ] 分别将LES模型与ICM或TFM耦合,获得了结晶器内的气液两相瞬态流动特征,如图14 [50 ] 所示,解决了以往湍流模型无法捕捉气相对液相造成的湍流脉动压力的难题,改善了局部湍流速度参数、气体流动速率、液体运动参数的预测精度,与实验测量结果吻合较好.但目前发展的所有亚格子模型均假定流动为湍流、充分发展和各向同性,不能适应强各向异性湍流的计算.而且在结晶器泡状流中,气泡的脉动运动会对高温熔体的湍流脉动产生影响(如气泡尾迹增大流体小尺度湍流),目前的亚格子模型中未考虑该项的作用.因此,在LES的应用中,适用于复杂各向异性的多相湍流的亚格子模型还有待于从机理上进行更深入的研究. ...
Experimental and numerical investigations on transient multiscale bubble behaviors in CuSO4 aqueous solution electrolysis cell
4
2022
... 多尺度相界面共存及不连续性的数学描述一直是多相流数值模拟面临的最大困难.针对大尺度相界面(远大于网格尺度)不连续性问题,一种基于标识函数的界面捕捉模型(interface-capturing model,ICM)被广泛采用,VOF和Level Set为当前主流的ICM.ICM直接从原始的Navier-Stokes方程出发,采用标识函数统一系统方程的描述,避开了平均场的处理,没有人为地丢失系统信息,被广泛应用于模拟结晶器内气-钢-渣三相界面行为[97 ~108 ] ,目前研究成果主要集中于捕捉渣/金界面的波动、渣眼分布、剪切卷渣等方面,如Liu等[51 ,52 ] 和Li等[106 ~108 ] 采用ICM方法计算了结晶器内钢-渣-气多相流,复现了卷渣、渣眼等现象,如图10 [52 ] 所示;并基于简化的管流模型提出了新的液面波动数——J 指数.虽然采用ICM可以得到结晶器或钢包内的渣滴尺寸[106 ~108 ] ,但受到网格尺度的限制,无法捕捉小于网格尺度的渣滴;且界面以空间几何尺度显式的表征,无隐式的物理尺度表征.另外,ICM中多相速度共场的处理使其在相间作用的描述上凸显不足,尤其是在界面相间速度差较大时,需要补充界面摩擦力.如前面所述,TFM可描述小尺度相界面(小于网格尺度)的平均物理尺度,但对于大尺度相界面,由于数值扩散导致其无明确的相间几何边界.因此,2种模型都无法同时有效地描述混合流中大小尺度共存的界面结构.耦合ICM和TFM是解决混合流界面跨尺度性问题的思路,但关键是要澄清不同尺度间的相互作用关系和耦合的原则,建立控制系统的稳定性条件及调控机理.近期,Sun等[109 ] 发展了多尺度气泡桥接模型,实现了ICM和DPM 2种方法的耦合,即Euler和Lagrange体系下的混合气泡共存及相互转变,并首先将其应用到电解铝领域,如图11 [109 ] 所示,期待未来将其应用到连铸领域. ...
... [109 ]所示,期待未来将其应用到连铸领域. ...
... (c) flow field in the mold
Fig.10 ![]()
图11 底部视角下的气泡聚并过程[109 ] Transient dumbbell coalescence process from a bottom view[109 ] (a) experiment (b) numerical simulation (DPM—discrete phase model, ICM—interface-capturing model) ...
... [
109 ]
(a) experiment (b) numerical simulation (DPM—discrete phase model, ICM—interface-capturing model) ...
In situ observation of crystals growing in high temperature melts or solutions
2
1983
... 合金凝固过程是相界面热和溶质传输的过程,也是一个耦合扩散、热力学非平衡、结晶各向异性和对流多物理场作用的问题,涉及宏观(热溶质对流、外场强迫对流、夹杂物漂浮等)和微观(溶质析出/扩散、局部溶质再分配、晶粒形核和生长等)不同尺度间的传输,直接导致连铸坯内部缺陷的形成.在确保凝固过程相似的情况下,开展凝固过程的热模拟实验,是阐述铸坯凝固组织及内部缺陷形成机理的有效办法.但金属的不透明性阻碍了对凝固过程中液相流动的实时观测.研究[110 ~128 ] 表明,某些水溶液(如NH4 Cl)和有机透明物质(如丁二腈)的凝固过程与金属凝固过程非常类似,可以再现金属凝固过程中许多重要的物理现象.由于它们具有透明性并在接近室温的温度区间内凝固,因而便于实验条件的控制和对凝固过程的直接动态观测.Tsukamoto等[110 ] 运用实时观察法对熔融过程中晶体的生长和形貌变化进行了研究.介万奇和周尧和[111 ] 通过开展NH4 Cl水溶液凝固过程的模拟实验,研究了柱状晶向等轴晶转变(columnar-equiaxed transformation,CET)的条件及规律.田陆等[126 ] 通过开展有机透明混合溶液的凝固模型实验,发现凝固过程中存在着由凝固前沿的下降流和中心上升流组成的蝶形对流.还有部分学者采用某些低熔点金属(如Al-Cu合金)并辅助先进的测量技术进行了热态凝固实验研究.Li等[127 ] 采用X射线成像技术实时观测了在磁场作用下定向凝固过程中枝晶的生长行为,发现热电磁流动将显著地影响凝固过程中的微观和宏观偏析.Niu等[128 ] 和Liu等[129 ] 搭建了一套水冷凝固可视化实验系统,采用NH4 Cl、Na2 S2 O3 等有机溶液考察了结晶器内晶粒微观结构及宏观凝固组织演化,发现中心加入冷源(模拟喂钢带)能显著降低结晶器内部温度和横向温度梯度,从中心发展的结晶雨促发柱状晶向等轴晶转变,有效阻碍冷却壁面柱状晶的生长,显著提升最终凝固组织中等轴晶比例,如图12 [128 ,129 ] 所示. ...
... [110 ]运用实时观察法对熔融过程中晶体的生长和形貌变化进行了研究.介万奇和周尧和[111 ] 通过开展NH4 Cl水溶液凝固过程的模拟实验,研究了柱状晶向等轴晶转变(columnar-equiaxed transformation,CET)的条件及规律.田陆等[126 ] 通过开展有机透明混合溶液的凝固模型实验,发现凝固过程中存在着由凝固前沿的下降流和中心上升流组成的蝶形对流.还有部分学者采用某些低熔点金属(如Al-Cu合金)并辅助先进的测量技术进行了热态凝固实验研究.Li等[127 ] 采用X射线成像技术实时观测了在磁场作用下定向凝固过程中枝晶的生长行为,发现热电磁流动将显著地影响凝固过程中的微观和宏观偏析.Niu等[128 ] 和Liu等[129 ] 搭建了一套水冷凝固可视化实验系统,采用NH4 Cl、Na2 S2 O3 等有机溶液考察了结晶器内晶粒微观结构及宏观凝固组织演化,发现中心加入冷源(模拟喂钢带)能显著降低结晶器内部温度和横向温度梯度,从中心发展的结晶雨促发柱状晶向等轴晶转变,有效阻碍冷却壁面柱状晶的生长,显著提升最终凝固组织中等轴晶比例,如图12 [128 ,129 ] 所示. ...
铸锭凝固过程中的对流及液相区成分变化的模拟实验研究
1
1988
... 合金凝固过程是相界面热和溶质传输的过程,也是一个耦合扩散、热力学非平衡、结晶各向异性和对流多物理场作用的问题,涉及宏观(热溶质对流、外场强迫对流、夹杂物漂浮等)和微观(溶质析出/扩散、局部溶质再分配、晶粒形核和生长等)不同尺度间的传输,直接导致连铸坯内部缺陷的形成.在确保凝固过程相似的情况下,开展凝固过程的热模拟实验,是阐述铸坯凝固组织及内部缺陷形成机理的有效办法.但金属的不透明性阻碍了对凝固过程中液相流动的实时观测.研究[110 ~128 ] 表明,某些水溶液(如NH4 Cl)和有机透明物质(如丁二腈)的凝固过程与金属凝固过程非常类似,可以再现金属凝固过程中许多重要的物理现象.由于它们具有透明性并在接近室温的温度区间内凝固,因而便于实验条件的控制和对凝固过程的直接动态观测.Tsukamoto等[110 ] 运用实时观察法对熔融过程中晶体的生长和形貌变化进行了研究.介万奇和周尧和[111 ] 通过开展NH4 Cl水溶液凝固过程的模拟实验,研究了柱状晶向等轴晶转变(columnar-equiaxed transformation,CET)的条件及规律.田陆等[126 ] 通过开展有机透明混合溶液的凝固模型实验,发现凝固过程中存在着由凝固前沿的下降流和中心上升流组成的蝶形对流.还有部分学者采用某些低熔点金属(如Al-Cu合金)并辅助先进的测量技术进行了热态凝固实验研究.Li等[127 ] 采用X射线成像技术实时观测了在磁场作用下定向凝固过程中枝晶的生长行为,发现热电磁流动将显著地影响凝固过程中的微观和宏观偏析.Niu等[128 ] 和Liu等[129 ] 搭建了一套水冷凝固可视化实验系统,采用NH4 Cl、Na2 S2 O3 等有机溶液考察了结晶器内晶粒微观结构及宏观凝固组织演化,发现中心加入冷源(模拟喂钢带)能显著降低结晶器内部温度和横向温度梯度,从中心发展的结晶雨促发柱状晶向等轴晶转变,有效阻碍冷却壁面柱状晶的生长,显著提升最终凝固组织中等轴晶比例,如图12 [128 ,129 ] 所示. ...
铸锭凝固过程中的对流及液相区成分变化的模拟实验研究
1
1988
... 合金凝固过程是相界面热和溶质传输的过程,也是一个耦合扩散、热力学非平衡、结晶各向异性和对流多物理场作用的问题,涉及宏观(热溶质对流、外场强迫对流、夹杂物漂浮等)和微观(溶质析出/扩散、局部溶质再分配、晶粒形核和生长等)不同尺度间的传输,直接导致连铸坯内部缺陷的形成.在确保凝固过程相似的情况下,开展凝固过程的热模拟实验,是阐述铸坯凝固组织及内部缺陷形成机理的有效办法.但金属的不透明性阻碍了对凝固过程中液相流动的实时观测.研究[110 ~128 ] 表明,某些水溶液(如NH4 Cl)和有机透明物质(如丁二腈)的凝固过程与金属凝固过程非常类似,可以再现金属凝固过程中许多重要的物理现象.由于它们具有透明性并在接近室温的温度区间内凝固,因而便于实验条件的控制和对凝固过程的直接动态观测.Tsukamoto等[110 ] 运用实时观察法对熔融过程中晶体的生长和形貌变化进行了研究.介万奇和周尧和[111 ] 通过开展NH4 Cl水溶液凝固过程的模拟实验,研究了柱状晶向等轴晶转变(columnar-equiaxed transformation,CET)的条件及规律.田陆等[126 ] 通过开展有机透明混合溶液的凝固模型实验,发现凝固过程中存在着由凝固前沿的下降流和中心上升流组成的蝶形对流.还有部分学者采用某些低熔点金属(如Al-Cu合金)并辅助先进的测量技术进行了热态凝固实验研究.Li等[127 ] 采用X射线成像技术实时观测了在磁场作用下定向凝固过程中枝晶的生长行为,发现热电磁流动将显著地影响凝固过程中的微观和宏观偏析.Niu等[128 ] 和Liu等[129 ] 搭建了一套水冷凝固可视化实验系统,采用NH4 Cl、Na2 S2 O3 等有机溶液考察了结晶器内晶粒微观结构及宏观凝固组织演化,发现中心加入冷源(模拟喂钢带)能显著降低结晶器内部温度和横向温度梯度,从中心发展的结晶雨促发柱状晶向等轴晶转变,有效阻碍冷却壁面柱状晶的生长,显著提升最终凝固组织中等轴晶比例,如图12 [128 ,129 ] 所示. ...
Double-diffusive convection during dendritic solidification of a binary mixture
1
1988
... 由于合金凝固过程的复杂性,对其多尺度传输现象的模型化已经成为研究凝固传输过程的主要手段.20世纪60年代末,Flemings等[130 ] 基于固相无扩散和液相处于平衡状态的假设导出了著名的局部溶质再分配方程,标志着凝固过程溶质传输模型化的开始,该模型的贡献在于它首次给出了逆偏析、负偏析、正偏析和通道偏析的统一数学模型.20世纪80年代,Bennon和Incropera[131 ] 采用经典混合物理论建立了描述二元系固-液相变过程动量、热量和溶质传输的连续介质模型,该模型假定凝固中的固相和液相充分混合,相与相之间不存在微观界面,整个凝固体系视为一连续介质.最近,Li等[132 ] 利用连续焓-多孔介质模型,并考虑固相有限扩散,研究了3.3 t钢锭的凝固及偏析的形成过程.Beckermann和Viskanta[112 ] 采用体积平均方法建立了描述二元合金凝固的体积平均模型(volume-averaged model,VAM).随后,Ni和Beckermann[133 ] 提出了两相VAM,标志着凝固传输模型的又一重大进展.该模型对凝固体系中的固相和液相分别采用一套微分方程描述其传输过程,其特点主要在于把微观组织和界面传输现象与宏观传输方程联系起来.Li等[134 ] 采用两相VAM预测了钢铸锭凝固过程中的宏观偏析.但该类方法对固相的处理较为简化,为克服该缺点,Wu和Ludwig[135 ] 将固相细分为柱状晶和等轴晶,提出了可描述柱状晶、等轴晶及液相混合凝固的三相VAM,但模型中假定柱状晶为柱状,等轴晶为球状,忽略了晶粒形貌的影响.为此,Wu等[136 ] 又提出了考虑柱状晶、等轴晶、柱状晶间液相、等轴晶间液相及枝晶外液相等五相的VAM.该模型可用来预测铸锭的宏观结构,包括CET形成、各相体积分数及分布、宏观偏析等.但该模型引入了一些微观尺度上的参变量(凝固微观组织假定),其准确性还有待确定.凝固微观组织通常直接决定材料的最终力学性能和使用性能.通过对铸坯凝固微观组织演变的模拟[137 ~141 ] ,能很好地预测材料的性能.元胞自动机有限元模型(cellular automat finite element,CAFE)是首个结合了宏观热流计算和微观晶粒生长的计算模型,Li等[140 ] 和Wang等[141 ] 采用CAFE模型对H13模具钢的电渣重熔过程进行了模拟,研究了电磁搅拌、晶粒形核密度和渣池温度对组织形貌的影响,结果与实验数据吻和较好.近期,Liu等[129 ] 和Niu等[142 ,143 ] 利用三相VAM等模型研究了有/无内部冷源情况下的凝固组织演变行为,发现内部冷源通过加速形核、增强对流和促进柱状晶向等轴晶转变等作用机制可提高凝固组织中等轴晶的比率,并建立了喂入冷源参数与等轴晶率的数学关系式,如图13 [129 ] 所示,该研究为连铸结晶器喂钢带技术的推广应用奠定了理论基础.目前研究人员对各个尺度上凝固现象的研究已相对成熟,但是如何实现宏-微观跨尺度凝固传输现象的耦合仍是一个难点. ...
Experimental study of directional solidification of aqueous ammonium chloride solution
0
1991
Transient solidification of a binary mixture in an inclined rectangular cavity
0
1992
Experimental study of unidirectional solidification of aqueous ammonium chloride in a cylindrical mold with and without rotation
0
1993
The nature and influence of convection on the directional dendritic solidification of a metal alloy analog, NH4 Cl, and H2 O
0
1993
Equiaxed dendritic solidification with convection: Part III. Comparisons with NH4 Cl-H2 O experiments
0
1996
Vortex flow of low concentration NH4 Cl-H2 O solution during the solidification process
0
1999
Study of double-diffusive velocity during the solidification process using particle image velocimetry
0
1999
Investigation of double-diffusive convection during the solidification of a binary mixture (NH4 Cl-H2 O) in a trapezoidal cavity
0
2006
In-situ observation of nucleation on a rough chilling surface in NH4 Cl-H2 O solution
0
2009
Simultaneous observation of melt flow and motion of equiaxed crystals during solidification using a dual phase particle image velocimetry technique. Part II: Relative velocities
0
2013
Settling velocity of equiaxed dendrites in a tube
0
2013
Experimental and numerical investigations of NH4 Cl solidification in a mould Part 1: Experimental results
0
2009
Experimental and numerical investigations of NH4 Cl solidification in a mould Part 2: Numerical results
0
2013
连铸凝固过程中的流动特征
1
2013
... 合金凝固过程是相界面热和溶质传输的过程,也是一个耦合扩散、热力学非平衡、结晶各向异性和对流多物理场作用的问题,涉及宏观(热溶质对流、外场强迫对流、夹杂物漂浮等)和微观(溶质析出/扩散、局部溶质再分配、晶粒形核和生长等)不同尺度间的传输,直接导致连铸坯内部缺陷的形成.在确保凝固过程相似的情况下,开展凝固过程的热模拟实验,是阐述铸坯凝固组织及内部缺陷形成机理的有效办法.但金属的不透明性阻碍了对凝固过程中液相流动的实时观测.研究[110 ~128 ] 表明,某些水溶液(如NH4 Cl)和有机透明物质(如丁二腈)的凝固过程与金属凝固过程非常类似,可以再现金属凝固过程中许多重要的物理现象.由于它们具有透明性并在接近室温的温度区间内凝固,因而便于实验条件的控制和对凝固过程的直接动态观测.Tsukamoto等[110 ] 运用实时观察法对熔融过程中晶体的生长和形貌变化进行了研究.介万奇和周尧和[111 ] 通过开展NH4 Cl水溶液凝固过程的模拟实验,研究了柱状晶向等轴晶转变(columnar-equiaxed transformation,CET)的条件及规律.田陆等[126 ] 通过开展有机透明混合溶液的凝固模型实验,发现凝固过程中存在着由凝固前沿的下降流和中心上升流组成的蝶形对流.还有部分学者采用某些低熔点金属(如Al-Cu合金)并辅助先进的测量技术进行了热态凝固实验研究.Li等[127 ] 采用X射线成像技术实时观测了在磁场作用下定向凝固过程中枝晶的生长行为,发现热电磁流动将显著地影响凝固过程中的微观和宏观偏析.Niu等[128 ] 和Liu等[129 ] 搭建了一套水冷凝固可视化实验系统,采用NH4 Cl、Na2 S2 O3 等有机溶液考察了结晶器内晶粒微观结构及宏观凝固组织演化,发现中心加入冷源(模拟喂钢带)能显著降低结晶器内部温度和横向温度梯度,从中心发展的结晶雨促发柱状晶向等轴晶转变,有效阻碍冷却壁面柱状晶的生长,显著提升最终凝固组织中等轴晶比例,如图12 [128 ,129 ] 所示. ...
连铸凝固过程中的流动特征
1
2013
... 合金凝固过程是相界面热和溶质传输的过程,也是一个耦合扩散、热力学非平衡、结晶各向异性和对流多物理场作用的问题,涉及宏观(热溶质对流、外场强迫对流、夹杂物漂浮等)和微观(溶质析出/扩散、局部溶质再分配、晶粒形核和生长等)不同尺度间的传输,直接导致连铸坯内部缺陷的形成.在确保凝固过程相似的情况下,开展凝固过程的热模拟实验,是阐述铸坯凝固组织及内部缺陷形成机理的有效办法.但金属的不透明性阻碍了对凝固过程中液相流动的实时观测.研究[110 ~128 ] 表明,某些水溶液(如NH4 Cl)和有机透明物质(如丁二腈)的凝固过程与金属凝固过程非常类似,可以再现金属凝固过程中许多重要的物理现象.由于它们具有透明性并在接近室温的温度区间内凝固,因而便于实验条件的控制和对凝固过程的直接动态观测.Tsukamoto等[110 ] 运用实时观察法对熔融过程中晶体的生长和形貌变化进行了研究.介万奇和周尧和[111 ] 通过开展NH4 Cl水溶液凝固过程的模拟实验,研究了柱状晶向等轴晶转变(columnar-equiaxed transformation,CET)的条件及规律.田陆等[126 ] 通过开展有机透明混合溶液的凝固模型实验,发现凝固过程中存在着由凝固前沿的下降流和中心上升流组成的蝶形对流.还有部分学者采用某些低熔点金属(如Al-Cu合金)并辅助先进的测量技术进行了热态凝固实验研究.Li等[127 ] 采用X射线成像技术实时观测了在磁场作用下定向凝固过程中枝晶的生长行为,发现热电磁流动将显著地影响凝固过程中的微观和宏观偏析.Niu等[128 ] 和Liu等[129 ] 搭建了一套水冷凝固可视化实验系统,采用NH4 Cl、Na2 S2 O3 等有机溶液考察了结晶器内晶粒微观结构及宏观凝固组织演化,发现中心加入冷源(模拟喂钢带)能显著降低结晶器内部温度和横向温度梯度,从中心发展的结晶雨促发柱状晶向等轴晶转变,有效阻碍冷却壁面柱状晶的生长,显著提升最终凝固组织中等轴晶比例,如图12 [128 ,129 ] 所示. ...
Influence of thermoelectric effects on the solid-liquid interface shape and cellular morphology in the mushy zone during the directional solidification of Al-Cu alloys under a magnetic field
1
2007
... 合金凝固过程是相界面热和溶质传输的过程,也是一个耦合扩散、热力学非平衡、结晶各向异性和对流多物理场作用的问题,涉及宏观(热溶质对流、外场强迫对流、夹杂物漂浮等)和微观(溶质析出/扩散、局部溶质再分配、晶粒形核和生长等)不同尺度间的传输,直接导致连铸坯内部缺陷的形成.在确保凝固过程相似的情况下,开展凝固过程的热模拟实验,是阐述铸坯凝固组织及内部缺陷形成机理的有效办法.但金属的不透明性阻碍了对凝固过程中液相流动的实时观测.研究[110 ~128 ] 表明,某些水溶液(如NH4 Cl)和有机透明物质(如丁二腈)的凝固过程与金属凝固过程非常类似,可以再现金属凝固过程中许多重要的物理现象.由于它们具有透明性并在接近室温的温度区间内凝固,因而便于实验条件的控制和对凝固过程的直接动态观测.Tsukamoto等[110 ] 运用实时观察法对熔融过程中晶体的生长和形貌变化进行了研究.介万奇和周尧和[111 ] 通过开展NH4 Cl水溶液凝固过程的模拟实验,研究了柱状晶向等轴晶转变(columnar-equiaxed transformation,CET)的条件及规律.田陆等[126 ] 通过开展有机透明混合溶液的凝固模型实验,发现凝固过程中存在着由凝固前沿的下降流和中心上升流组成的蝶形对流.还有部分学者采用某些低熔点金属(如Al-Cu合金)并辅助先进的测量技术进行了热态凝固实验研究.Li等[127 ] 采用X射线成像技术实时观测了在磁场作用下定向凝固过程中枝晶的生长行为,发现热电磁流动将显著地影响凝固过程中的微观和宏观偏析.Niu等[128 ] 和Liu等[129 ] 搭建了一套水冷凝固可视化实验系统,采用NH4 Cl、Na2 S2 O3 等有机溶液考察了结晶器内晶粒微观结构及宏观凝固组织演化,发现中心加入冷源(模拟喂钢带)能显著降低结晶器内部温度和横向温度梯度,从中心发展的结晶雨促发柱状晶向等轴晶转变,有效阻碍冷却壁面柱状晶的生长,显著提升最终凝固组织中等轴晶比例,如图12 [128 ,129 ] 所示. ...
Experimental investigation of solidification in the cast mold with a consumable cooler introduced inside
6
2019
... 合金凝固过程是相界面热和溶质传输的过程,也是一个耦合扩散、热力学非平衡、结晶各向异性和对流多物理场作用的问题,涉及宏观(热溶质对流、外场强迫对流、夹杂物漂浮等)和微观(溶质析出/扩散、局部溶质再分配、晶粒形核和生长等)不同尺度间的传输,直接导致连铸坯内部缺陷的形成.在确保凝固过程相似的情况下,开展凝固过程的热模拟实验,是阐述铸坯凝固组织及内部缺陷形成机理的有效办法.但金属的不透明性阻碍了对凝固过程中液相流动的实时观测.研究[110 ~128 ] 表明,某些水溶液(如NH4 Cl)和有机透明物质(如丁二腈)的凝固过程与金属凝固过程非常类似,可以再现金属凝固过程中许多重要的物理现象.由于它们具有透明性并在接近室温的温度区间内凝固,因而便于实验条件的控制和对凝固过程的直接动态观测.Tsukamoto等[110 ] 运用实时观察法对熔融过程中晶体的生长和形貌变化进行了研究.介万奇和周尧和[111 ] 通过开展NH4 Cl水溶液凝固过程的模拟实验,研究了柱状晶向等轴晶转变(columnar-equiaxed transformation,CET)的条件及规律.田陆等[126 ] 通过开展有机透明混合溶液的凝固模型实验,发现凝固过程中存在着由凝固前沿的下降流和中心上升流组成的蝶形对流.还有部分学者采用某些低熔点金属(如Al-Cu合金)并辅助先进的测量技术进行了热态凝固实验研究.Li等[127 ] 采用X射线成像技术实时观测了在磁场作用下定向凝固过程中枝晶的生长行为,发现热电磁流动将显著地影响凝固过程中的微观和宏观偏析.Niu等[128 ] 和Liu等[129 ] 搭建了一套水冷凝固可视化实验系统,采用NH4 Cl、Na2 S2 O3 等有机溶液考察了结晶器内晶粒微观结构及宏观凝固组织演化,发现中心加入冷源(模拟喂钢带)能显著降低结晶器内部温度和横向温度梯度,从中心发展的结晶雨促发柱状晶向等轴晶转变,有效阻碍冷却壁面柱状晶的生长,显著提升最终凝固组织中等轴晶比例,如图12 [128 ,129 ] 所示. ...
... [128 ]和Liu等[129 ] 搭建了一套水冷凝固可视化实验系统,采用NH4 Cl、Na2 S2 O3 等有机溶液考察了结晶器内晶粒微观结构及宏观凝固组织演化,发现中心加入冷源(模拟喂钢带)能显著降低结晶器内部温度和横向温度梯度,从中心发展的结晶雨促发柱状晶向等轴晶转变,有效阻碍冷却壁面柱状晶的生长,显著提升最终凝固组织中等轴晶比例,如图12 [128 ,129 ] 所示. ...
... [128 ,129 ]所示. ...
... [
128 ,
129 ]
Evolution of macroscopic solidification structure observed in solidification experiment (a) device for solidification[129 ] (b) without inner cooler[128 ] (c) with inner cooler[128 ] ...
... (a) device for solidification[129 ] (b) without inner cooler[128 ] (c) with inner cooler[128 ] ...
... [128 ] ...
Physical and numerical simulation of mixed columnar-equiaxed solidification during cold strip feeding in continuous casting
8
2021
... 合金凝固过程是相界面热和溶质传输的过程,也是一个耦合扩散、热力学非平衡、结晶各向异性和对流多物理场作用的问题,涉及宏观(热溶质对流、外场强迫对流、夹杂物漂浮等)和微观(溶质析出/扩散、局部溶质再分配、晶粒形核和生长等)不同尺度间的传输,直接导致连铸坯内部缺陷的形成.在确保凝固过程相似的情况下,开展凝固过程的热模拟实验,是阐述铸坯凝固组织及内部缺陷形成机理的有效办法.但金属的不透明性阻碍了对凝固过程中液相流动的实时观测.研究[110 ~128 ] 表明,某些水溶液(如NH4 Cl)和有机透明物质(如丁二腈)的凝固过程与金属凝固过程非常类似,可以再现金属凝固过程中许多重要的物理现象.由于它们具有透明性并在接近室温的温度区间内凝固,因而便于实验条件的控制和对凝固过程的直接动态观测.Tsukamoto等[110 ] 运用实时观察法对熔融过程中晶体的生长和形貌变化进行了研究.介万奇和周尧和[111 ] 通过开展NH4 Cl水溶液凝固过程的模拟实验,研究了柱状晶向等轴晶转变(columnar-equiaxed transformation,CET)的条件及规律.田陆等[126 ] 通过开展有机透明混合溶液的凝固模型实验,发现凝固过程中存在着由凝固前沿的下降流和中心上升流组成的蝶形对流.还有部分学者采用某些低熔点金属(如Al-Cu合金)并辅助先进的测量技术进行了热态凝固实验研究.Li等[127 ] 采用X射线成像技术实时观测了在磁场作用下定向凝固过程中枝晶的生长行为,发现热电磁流动将显著地影响凝固过程中的微观和宏观偏析.Niu等[128 ] 和Liu等[129 ] 搭建了一套水冷凝固可视化实验系统,采用NH4 Cl、Na2 S2 O3 等有机溶液考察了结晶器内晶粒微观结构及宏观凝固组织演化,发现中心加入冷源(模拟喂钢带)能显著降低结晶器内部温度和横向温度梯度,从中心发展的结晶雨促发柱状晶向等轴晶转变,有效阻碍冷却壁面柱状晶的生长,显著提升最终凝固组织中等轴晶比例,如图12 [128 ,129 ] 所示. ...
... ,129 ]所示. ...
... ,
129 ]
Evolution of macroscopic solidification structure observed in solidification experiment (a) device for solidification[129 ] (b) without inner cooler[128 ] (c) with inner cooler[128 ] ...
... (a) device for solidification[129 ] (b) without inner cooler[128 ] (c) with inner cooler[128 ] ...
... 由于合金凝固过程的复杂性,对其多尺度传输现象的模型化已经成为研究凝固传输过程的主要手段.20世纪60年代末,Flemings等[130 ] 基于固相无扩散和液相处于平衡状态的假设导出了著名的局部溶质再分配方程,标志着凝固过程溶质传输模型化的开始,该模型的贡献在于它首次给出了逆偏析、负偏析、正偏析和通道偏析的统一数学模型.20世纪80年代,Bennon和Incropera[131 ] 采用经典混合物理论建立了描述二元系固-液相变过程动量、热量和溶质传输的连续介质模型,该模型假定凝固中的固相和液相充分混合,相与相之间不存在微观界面,整个凝固体系视为一连续介质.最近,Li等[132 ] 利用连续焓-多孔介质模型,并考虑固相有限扩散,研究了3.3 t钢锭的凝固及偏析的形成过程.Beckermann和Viskanta[112 ] 采用体积平均方法建立了描述二元合金凝固的体积平均模型(volume-averaged model,VAM).随后,Ni和Beckermann[133 ] 提出了两相VAM,标志着凝固传输模型的又一重大进展.该模型对凝固体系中的固相和液相分别采用一套微分方程描述其传输过程,其特点主要在于把微观组织和界面传输现象与宏观传输方程联系起来.Li等[134 ] 采用两相VAM预测了钢铸锭凝固过程中的宏观偏析.但该类方法对固相的处理较为简化,为克服该缺点,Wu和Ludwig[135 ] 将固相细分为柱状晶和等轴晶,提出了可描述柱状晶、等轴晶及液相混合凝固的三相VAM,但模型中假定柱状晶为柱状,等轴晶为球状,忽略了晶粒形貌的影响.为此,Wu等[136 ] 又提出了考虑柱状晶、等轴晶、柱状晶间液相、等轴晶间液相及枝晶外液相等五相的VAM.该模型可用来预测铸锭的宏观结构,包括CET形成、各相体积分数及分布、宏观偏析等.但该模型引入了一些微观尺度上的参变量(凝固微观组织假定),其准确性还有待确定.凝固微观组织通常直接决定材料的最终力学性能和使用性能.通过对铸坯凝固微观组织演变的模拟[137 ~141 ] ,能很好地预测材料的性能.元胞自动机有限元模型(cellular automat finite element,CAFE)是首个结合了宏观热流计算和微观晶粒生长的计算模型,Li等[140 ] 和Wang等[141 ] 采用CAFE模型对H13模具钢的电渣重熔过程进行了模拟,研究了电磁搅拌、晶粒形核密度和渣池温度对组织形貌的影响,结果与实验数据吻和较好.近期,Liu等[129 ] 和Niu等[142 ,143 ] 利用三相VAM等模型研究了有/无内部冷源情况下的凝固组织演变行为,发现内部冷源通过加速形核、增强对流和促进柱状晶向等轴晶转变等作用机制可提高凝固组织中等轴晶的比率,并建立了喂入冷源参数与等轴晶率的数学关系式,如图13 [129 ] 所示,该研究为连铸结晶器喂钢带技术的推广应用奠定了理论基础.目前研究人员对各个尺度上凝固现象的研究已相对成熟,但是如何实现宏-微观跨尺度凝固传输现象的耦合仍是一个难点. ...
... [129 ]所示,该研究为连铸结晶器喂钢带技术的推广应用奠定了理论基础.目前研究人员对各个尺度上凝固现象的研究已相对成熟,但是如何实现宏-微观跨尺度凝固传输现象的耦合仍是一个难点. ...
... [
129 ]
Relation between ratio of equiaxed zone and initial temperature of steel strip[129 ] (d 0 —initial thickness of steel strip, D —diffusion coefficient of solute, T d 0 —initial temperature of steel strip, R —equiaxed crystal ratio) Fig.13 ![]()
4 湍流在揭示多尺度界面结构中的作用连铸结晶器内的高温熔体流动处于强烈的非稳态湍动状态,相界面结构受各相物理量的湍流脉动及多尺度涡的控制,因此湍流模型的有效性也是多尺度相界面描述的关键.根据湍流数值模拟对不同尺度涡的处理方法,相界面可以分为3类:确定型、统计型和过滤型.表1 给出了3种典型的湍流数值模拟方法.基于直接数值模拟(direct numerical simulation,DNS)的相界面属于确定型界面,但DNS除了受计算机容量的限制外,对于具有复杂边界问题的处理方法还未从理论上完全解决,目前难以应用于冶金工程尺度.基于Reynolds平均模拟(Reynolds-averaged Navier-Stokes,RANS)的相界面为统计型界面,它仍是目前结晶器内多相流研究的主流选择[40 ~44 ,48 ~51 ,144 ~151 ] ,但需要强调的是,此时相界面的微细结构以及湍流涡的多尺度效应被抹平,得到的是统计平均意义上的相界面,无法反映受不同尺度涡影响的界面运动和变形,例如,RANS k -ε (k 为湍动能,ε 为湍动能耗散率)模型预测的薄板坯连铸结晶器内的对称涡结构,与水模型实验的非对称结果不符[152 ] .大涡模拟(large eddy simulation,LES)通过过滤操作将湍流运动分解成大尺度涡和小尺度涡2部分,大尺度涡通过直接求解N-S方程获得,而小尺度涡则通过建立亚格子模型求解,因此得到的相界面属于过滤型界面.LES已成功地应用于结晶器内的单相流动计算[9 ~11 ,36 ,40 ,41 ,152 ~159 ] ,获得了钢液的瞬态非对称流场特征.研究者[22 ,35 ,36 ,50 ,100 ,107 ,108 ,160 ~164 ] 分别将LES模型与ICM或TFM耦合,获得了结晶器内的气液两相瞬态流动特征,如图14 [50 ] 所示,解决了以往湍流模型无法捕捉气相对液相造成的湍流脉动压力的难题,改善了局部湍流速度参数、气体流动速率、液体运动参数的预测精度,与实验测量结果吻合较好.但目前发展的所有亚格子模型均假定流动为湍流、充分发展和各向同性,不能适应强各向异性湍流的计算.而且在结晶器泡状流中,气泡的脉动运动会对高温熔体的湍流脉动产生影响(如气泡尾迹增大流体小尺度湍流),目前的亚格子模型中未考虑该项的作用.因此,在LES的应用中,适用于复杂各向异性的多相湍流的亚格子模型还有待于从机理上进行更深入的研究. ...
... [
129 ] (
d 0 —initial thickness of steel strip,
D —diffusion coefficient of solute,
T d 0 —initial temperature of steel strip,
R —equiaxed crystal ratio)
Fig.13 ![]()
4 湍流在揭示多尺度界面结构中的作用连铸结晶器内的高温熔体流动处于强烈的非稳态湍动状态,相界面结构受各相物理量的湍流脉动及多尺度涡的控制,因此湍流模型的有效性也是多尺度相界面描述的关键.根据湍流数值模拟对不同尺度涡的处理方法,相界面可以分为3类:确定型、统计型和过滤型.表1 给出了3种典型的湍流数值模拟方法.基于直接数值模拟(direct numerical simulation,DNS)的相界面属于确定型界面,但DNS除了受计算机容量的限制外,对于具有复杂边界问题的处理方法还未从理论上完全解决,目前难以应用于冶金工程尺度.基于Reynolds平均模拟(Reynolds-averaged Navier-Stokes,RANS)的相界面为统计型界面,它仍是目前结晶器内多相流研究的主流选择[40 ~44 ,48 ~51 ,144 ~151 ] ,但需要强调的是,此时相界面的微细结构以及湍流涡的多尺度效应被抹平,得到的是统计平均意义上的相界面,无法反映受不同尺度涡影响的界面运动和变形,例如,RANS k -ε (k 为湍动能,ε 为湍动能耗散率)模型预测的薄板坯连铸结晶器内的对称涡结构,与水模型实验的非对称结果不符[152 ] .大涡模拟(large eddy simulation,LES)通过过滤操作将湍流运动分解成大尺度涡和小尺度涡2部分,大尺度涡通过直接求解N-S方程获得,而小尺度涡则通过建立亚格子模型求解,因此得到的相界面属于过滤型界面.LES已成功地应用于结晶器内的单相流动计算[9 ~11 ,36 ,40 ,41 ,152 ~159 ] ,获得了钢液的瞬态非对称流场特征.研究者[22 ,35 ,36 ,50 ,100 ,107 ,108 ,160 ~164 ] 分别将LES模型与ICM或TFM耦合,获得了结晶器内的气液两相瞬态流动特征,如图14 [50 ] 所示,解决了以往湍流模型无法捕捉气相对液相造成的湍流脉动压力的难题,改善了局部湍流速度参数、气体流动速率、液体运动参数的预测精度,与实验测量结果吻合较好.但目前发展的所有亚格子模型均假定流动为湍流、充分发展和各向同性,不能适应强各向异性湍流的计算.而且在结晶器泡状流中,气泡的脉动运动会对高温熔体的湍流脉动产生影响(如气泡尾迹增大流体小尺度湍流),目前的亚格子模型中未考虑该项的作用.因此,在LES的应用中,适用于复杂各向异性的多相湍流的亚格子模型还有待于从机理上进行更深入的研究. ...
Macrosegregation: Part I
1
1967
... 由于合金凝固过程的复杂性,对其多尺度传输现象的模型化已经成为研究凝固传输过程的主要手段.20世纪60年代末,Flemings等[130 ] 基于固相无扩散和液相处于平衡状态的假设导出了著名的局部溶质再分配方程,标志着凝固过程溶质传输模型化的开始,该模型的贡献在于它首次给出了逆偏析、负偏析、正偏析和通道偏析的统一数学模型.20世纪80年代,Bennon和Incropera[131 ] 采用经典混合物理论建立了描述二元系固-液相变过程动量、热量和溶质传输的连续介质模型,该模型假定凝固中的固相和液相充分混合,相与相之间不存在微观界面,整个凝固体系视为一连续介质.最近,Li等[132 ] 利用连续焓-多孔介质模型,并考虑固相有限扩散,研究了3.3 t钢锭的凝固及偏析的形成过程.Beckermann和Viskanta[112 ] 采用体积平均方法建立了描述二元合金凝固的体积平均模型(volume-averaged model,VAM).随后,Ni和Beckermann[133 ] 提出了两相VAM,标志着凝固传输模型的又一重大进展.该模型对凝固体系中的固相和液相分别采用一套微分方程描述其传输过程,其特点主要在于把微观组织和界面传输现象与宏观传输方程联系起来.Li等[134 ] 采用两相VAM预测了钢铸锭凝固过程中的宏观偏析.但该类方法对固相的处理较为简化,为克服该缺点,Wu和Ludwig[135 ] 将固相细分为柱状晶和等轴晶,提出了可描述柱状晶、等轴晶及液相混合凝固的三相VAM,但模型中假定柱状晶为柱状,等轴晶为球状,忽略了晶粒形貌的影响.为此,Wu等[136 ] 又提出了考虑柱状晶、等轴晶、柱状晶间液相、等轴晶间液相及枝晶外液相等五相的VAM.该模型可用来预测铸锭的宏观结构,包括CET形成、各相体积分数及分布、宏观偏析等.但该模型引入了一些微观尺度上的参变量(凝固微观组织假定),其准确性还有待确定.凝固微观组织通常直接决定材料的最终力学性能和使用性能.通过对铸坯凝固微观组织演变的模拟[137 ~141 ] ,能很好地预测材料的性能.元胞自动机有限元模型(cellular automat finite element,CAFE)是首个结合了宏观热流计算和微观晶粒生长的计算模型,Li等[140 ] 和Wang等[141 ] 采用CAFE模型对H13模具钢的电渣重熔过程进行了模拟,研究了电磁搅拌、晶粒形核密度和渣池温度对组织形貌的影响,结果与实验数据吻和较好.近期,Liu等[129 ] 和Niu等[142 ,143 ] 利用三相VAM等模型研究了有/无内部冷源情况下的凝固组织演变行为,发现内部冷源通过加速形核、增强对流和促进柱状晶向等轴晶转变等作用机制可提高凝固组织中等轴晶的比率,并建立了喂入冷源参数与等轴晶率的数学关系式,如图13 [129 ] 所示,该研究为连铸结晶器喂钢带技术的推广应用奠定了理论基础.目前研究人员对各个尺度上凝固现象的研究已相对成熟,但是如何实现宏-微观跨尺度凝固传输现象的耦合仍是一个难点. ...
A continuum model for momentum, heat and species transport in binary solid-liquid phase change systems—I. Model formulation
1
1987
... 由于合金凝固过程的复杂性,对其多尺度传输现象的模型化已经成为研究凝固传输过程的主要手段.20世纪60年代末,Flemings等[130 ] 基于固相无扩散和液相处于平衡状态的假设导出了著名的局部溶质再分配方程,标志着凝固过程溶质传输模型化的开始,该模型的贡献在于它首次给出了逆偏析、负偏析、正偏析和通道偏析的统一数学模型.20世纪80年代,Bennon和Incropera[131 ] 采用经典混合物理论建立了描述二元系固-液相变过程动量、热量和溶质传输的连续介质模型,该模型假定凝固中的固相和液相充分混合,相与相之间不存在微观界面,整个凝固体系视为一连续介质.最近,Li等[132 ] 利用连续焓-多孔介质模型,并考虑固相有限扩散,研究了3.3 t钢锭的凝固及偏析的形成过程.Beckermann和Viskanta[112 ] 采用体积平均方法建立了描述二元合金凝固的体积平均模型(volume-averaged model,VAM).随后,Ni和Beckermann[133 ] 提出了两相VAM,标志着凝固传输模型的又一重大进展.该模型对凝固体系中的固相和液相分别采用一套微分方程描述其传输过程,其特点主要在于把微观组织和界面传输现象与宏观传输方程联系起来.Li等[134 ] 采用两相VAM预测了钢铸锭凝固过程中的宏观偏析.但该类方法对固相的处理较为简化,为克服该缺点,Wu和Ludwig[135 ] 将固相细分为柱状晶和等轴晶,提出了可描述柱状晶、等轴晶及液相混合凝固的三相VAM,但模型中假定柱状晶为柱状,等轴晶为球状,忽略了晶粒形貌的影响.为此,Wu等[136 ] 又提出了考虑柱状晶、等轴晶、柱状晶间液相、等轴晶间液相及枝晶外液相等五相的VAM.该模型可用来预测铸锭的宏观结构,包括CET形成、各相体积分数及分布、宏观偏析等.但该模型引入了一些微观尺度上的参变量(凝固微观组织假定),其准确性还有待确定.凝固微观组织通常直接决定材料的最终力学性能和使用性能.通过对铸坯凝固微观组织演变的模拟[137 ~141 ] ,能很好地预测材料的性能.元胞自动机有限元模型(cellular automat finite element,CAFE)是首个结合了宏观热流计算和微观晶粒生长的计算模型,Li等[140 ] 和Wang等[141 ] 采用CAFE模型对H13模具钢的电渣重熔过程进行了模拟,研究了电磁搅拌、晶粒形核密度和渣池温度对组织形貌的影响,结果与实验数据吻和较好.近期,Liu等[129 ] 和Niu等[142 ,143 ] 利用三相VAM等模型研究了有/无内部冷源情况下的凝固组织演变行为,发现内部冷源通过加速形核、增强对流和促进柱状晶向等轴晶转变等作用机制可提高凝固组织中等轴晶的比率,并建立了喂入冷源参数与等轴晶率的数学关系式,如图13 [129 ] 所示,该研究为连铸结晶器喂钢带技术的推广应用奠定了理论基础.目前研究人员对各个尺度上凝固现象的研究已相对成熟,但是如何实现宏-微观跨尺度凝固传输现象的耦合仍是一个难点. ...
Fluid flow and solute transport in the solidifying process of large steel ingots with top heating
1
2015
... 由于合金凝固过程的复杂性,对其多尺度传输现象的模型化已经成为研究凝固传输过程的主要手段.20世纪60年代末,Flemings等[130 ] 基于固相无扩散和液相处于平衡状态的假设导出了著名的局部溶质再分配方程,标志着凝固过程溶质传输模型化的开始,该模型的贡献在于它首次给出了逆偏析、负偏析、正偏析和通道偏析的统一数学模型.20世纪80年代,Bennon和Incropera[131 ] 采用经典混合物理论建立了描述二元系固-液相变过程动量、热量和溶质传输的连续介质模型,该模型假定凝固中的固相和液相充分混合,相与相之间不存在微观界面,整个凝固体系视为一连续介质.最近,Li等[132 ] 利用连续焓-多孔介质模型,并考虑固相有限扩散,研究了3.3 t钢锭的凝固及偏析的形成过程.Beckermann和Viskanta[112 ] 采用体积平均方法建立了描述二元合金凝固的体积平均模型(volume-averaged model,VAM).随后,Ni和Beckermann[133 ] 提出了两相VAM,标志着凝固传输模型的又一重大进展.该模型对凝固体系中的固相和液相分别采用一套微分方程描述其传输过程,其特点主要在于把微观组织和界面传输现象与宏观传输方程联系起来.Li等[134 ] 采用两相VAM预测了钢铸锭凝固过程中的宏观偏析.但该类方法对固相的处理较为简化,为克服该缺点,Wu和Ludwig[135 ] 将固相细分为柱状晶和等轴晶,提出了可描述柱状晶、等轴晶及液相混合凝固的三相VAM,但模型中假定柱状晶为柱状,等轴晶为球状,忽略了晶粒形貌的影响.为此,Wu等[136 ] 又提出了考虑柱状晶、等轴晶、柱状晶间液相、等轴晶间液相及枝晶外液相等五相的VAM.该模型可用来预测铸锭的宏观结构,包括CET形成、各相体积分数及分布、宏观偏析等.但该模型引入了一些微观尺度上的参变量(凝固微观组织假定),其准确性还有待确定.凝固微观组织通常直接决定材料的最终力学性能和使用性能.通过对铸坯凝固微观组织演变的模拟[137 ~141 ] ,能很好地预测材料的性能.元胞自动机有限元模型(cellular automat finite element,CAFE)是首个结合了宏观热流计算和微观晶粒生长的计算模型,Li等[140 ] 和Wang等[141 ] 采用CAFE模型对H13模具钢的电渣重熔过程进行了模拟,研究了电磁搅拌、晶粒形核密度和渣池温度对组织形貌的影响,结果与实验数据吻和较好.近期,Liu等[129 ] 和Niu等[142 ,143 ] 利用三相VAM等模型研究了有/无内部冷源情况下的凝固组织演变行为,发现内部冷源通过加速形核、增强对流和促进柱状晶向等轴晶转变等作用机制可提高凝固组织中等轴晶的比率,并建立了喂入冷源参数与等轴晶率的数学关系式,如图13 [129 ] 所示,该研究为连铸结晶器喂钢带技术的推广应用奠定了理论基础.目前研究人员对各个尺度上凝固现象的研究已相对成熟,但是如何实现宏-微观跨尺度凝固传输现象的耦合仍是一个难点. ...
A volume-averaged two-phase model for transport phenomena during solidification
1
1991
... 由于合金凝固过程的复杂性,对其多尺度传输现象的模型化已经成为研究凝固传输过程的主要手段.20世纪60年代末,Flemings等[130 ] 基于固相无扩散和液相处于平衡状态的假设导出了著名的局部溶质再分配方程,标志着凝固过程溶质传输模型化的开始,该模型的贡献在于它首次给出了逆偏析、负偏析、正偏析和通道偏析的统一数学模型.20世纪80年代,Bennon和Incropera[131 ] 采用经典混合物理论建立了描述二元系固-液相变过程动量、热量和溶质传输的连续介质模型,该模型假定凝固中的固相和液相充分混合,相与相之间不存在微观界面,整个凝固体系视为一连续介质.最近,Li等[132 ] 利用连续焓-多孔介质模型,并考虑固相有限扩散,研究了3.3 t钢锭的凝固及偏析的形成过程.Beckermann和Viskanta[112 ] 采用体积平均方法建立了描述二元合金凝固的体积平均模型(volume-averaged model,VAM).随后,Ni和Beckermann[133 ] 提出了两相VAM,标志着凝固传输模型的又一重大进展.该模型对凝固体系中的固相和液相分别采用一套微分方程描述其传输过程,其特点主要在于把微观组织和界面传输现象与宏观传输方程联系起来.Li等[134 ] 采用两相VAM预测了钢铸锭凝固过程中的宏观偏析.但该类方法对固相的处理较为简化,为克服该缺点,Wu和Ludwig[135 ] 将固相细分为柱状晶和等轴晶,提出了可描述柱状晶、等轴晶及液相混合凝固的三相VAM,但模型中假定柱状晶为柱状,等轴晶为球状,忽略了晶粒形貌的影响.为此,Wu等[136 ] 又提出了考虑柱状晶、等轴晶、柱状晶间液相、等轴晶间液相及枝晶外液相等五相的VAM.该模型可用来预测铸锭的宏观结构,包括CET形成、各相体积分数及分布、宏观偏析等.但该模型引入了一些微观尺度上的参变量(凝固微观组织假定),其准确性还有待确定.凝固微观组织通常直接决定材料的最终力学性能和使用性能.通过对铸坯凝固微观组织演变的模拟[137 ~141 ] ,能很好地预测材料的性能.元胞自动机有限元模型(cellular automat finite element,CAFE)是首个结合了宏观热流计算和微观晶粒生长的计算模型,Li等[140 ] 和Wang等[141 ] 采用CAFE模型对H13模具钢的电渣重熔过程进行了模拟,研究了电磁搅拌、晶粒形核密度和渣池温度对组织形貌的影响,结果与实验数据吻和较好.近期,Liu等[129 ] 和Niu等[142 ,143 ] 利用三相VAM等模型研究了有/无内部冷源情况下的凝固组织演变行为,发现内部冷源通过加速形核、增强对流和促进柱状晶向等轴晶转变等作用机制可提高凝固组织中等轴晶的比率,并建立了喂入冷源参数与等轴晶率的数学关系式,如图13 [129 ] 所示,该研究为连铸结晶器喂钢带技术的推广应用奠定了理论基础.目前研究人员对各个尺度上凝固现象的研究已相对成熟,但是如何实现宏-微观跨尺度凝固传输现象的耦合仍是一个难点. ...
Numerical simulation of macrosegregation in steel ingots using a two-phase model
1
2012
... 由于合金凝固过程的复杂性,对其多尺度传输现象的模型化已经成为研究凝固传输过程的主要手段.20世纪60年代末,Flemings等[130 ] 基于固相无扩散和液相处于平衡状态的假设导出了著名的局部溶质再分配方程,标志着凝固过程溶质传输模型化的开始,该模型的贡献在于它首次给出了逆偏析、负偏析、正偏析和通道偏析的统一数学模型.20世纪80年代,Bennon和Incropera[131 ] 采用经典混合物理论建立了描述二元系固-液相变过程动量、热量和溶质传输的连续介质模型,该模型假定凝固中的固相和液相充分混合,相与相之间不存在微观界面,整个凝固体系视为一连续介质.最近,Li等[132 ] 利用连续焓-多孔介质模型,并考虑固相有限扩散,研究了3.3 t钢锭的凝固及偏析的形成过程.Beckermann和Viskanta[112 ] 采用体积平均方法建立了描述二元合金凝固的体积平均模型(volume-averaged model,VAM).随后,Ni和Beckermann[133 ] 提出了两相VAM,标志着凝固传输模型的又一重大进展.该模型对凝固体系中的固相和液相分别采用一套微分方程描述其传输过程,其特点主要在于把微观组织和界面传输现象与宏观传输方程联系起来.Li等[134 ] 采用两相VAM预测了钢铸锭凝固过程中的宏观偏析.但该类方法对固相的处理较为简化,为克服该缺点,Wu和Ludwig[135 ] 将固相细分为柱状晶和等轴晶,提出了可描述柱状晶、等轴晶及液相混合凝固的三相VAM,但模型中假定柱状晶为柱状,等轴晶为球状,忽略了晶粒形貌的影响.为此,Wu等[136 ] 又提出了考虑柱状晶、等轴晶、柱状晶间液相、等轴晶间液相及枝晶外液相等五相的VAM.该模型可用来预测铸锭的宏观结构,包括CET形成、各相体积分数及分布、宏观偏析等.但该模型引入了一些微观尺度上的参变量(凝固微观组织假定),其准确性还有待确定.凝固微观组织通常直接决定材料的最终力学性能和使用性能.通过对铸坯凝固微观组织演变的模拟[137 ~141 ] ,能很好地预测材料的性能.元胞自动机有限元模型(cellular automat finite element,CAFE)是首个结合了宏观热流计算和微观晶粒生长的计算模型,Li等[140 ] 和Wang等[141 ] 采用CAFE模型对H13模具钢的电渣重熔过程进行了模拟,研究了电磁搅拌、晶粒形核密度和渣池温度对组织形貌的影响,结果与实验数据吻和较好.近期,Liu等[129 ] 和Niu等[142 ,143 ] 利用三相VAM等模型研究了有/无内部冷源情况下的凝固组织演变行为,发现内部冷源通过加速形核、增强对流和促进柱状晶向等轴晶转变等作用机制可提高凝固组织中等轴晶的比率,并建立了喂入冷源参数与等轴晶率的数学关系式,如图13 [129 ] 所示,该研究为连铸结晶器喂钢带技术的推广应用奠定了理论基础.目前研究人员对各个尺度上凝固现象的研究已相对成熟,但是如何实现宏-微观跨尺度凝固传输现象的耦合仍是一个难点. ...
A three-phase model for mixed columnar-equiaxed solidification
1
2006
... 由于合金凝固过程的复杂性,对其多尺度传输现象的模型化已经成为研究凝固传输过程的主要手段.20世纪60年代末,Flemings等[130 ] 基于固相无扩散和液相处于平衡状态的假设导出了著名的局部溶质再分配方程,标志着凝固过程溶质传输模型化的开始,该模型的贡献在于它首次给出了逆偏析、负偏析、正偏析和通道偏析的统一数学模型.20世纪80年代,Bennon和Incropera[131 ] 采用经典混合物理论建立了描述二元系固-液相变过程动量、热量和溶质传输的连续介质模型,该模型假定凝固中的固相和液相充分混合,相与相之间不存在微观界面,整个凝固体系视为一连续介质.最近,Li等[132 ] 利用连续焓-多孔介质模型,并考虑固相有限扩散,研究了3.3 t钢锭的凝固及偏析的形成过程.Beckermann和Viskanta[112 ] 采用体积平均方法建立了描述二元合金凝固的体积平均模型(volume-averaged model,VAM).随后,Ni和Beckermann[133 ] 提出了两相VAM,标志着凝固传输模型的又一重大进展.该模型对凝固体系中的固相和液相分别采用一套微分方程描述其传输过程,其特点主要在于把微观组织和界面传输现象与宏观传输方程联系起来.Li等[134 ] 采用两相VAM预测了钢铸锭凝固过程中的宏观偏析.但该类方法对固相的处理较为简化,为克服该缺点,Wu和Ludwig[135 ] 将固相细分为柱状晶和等轴晶,提出了可描述柱状晶、等轴晶及液相混合凝固的三相VAM,但模型中假定柱状晶为柱状,等轴晶为球状,忽略了晶粒形貌的影响.为此,Wu等[136 ] 又提出了考虑柱状晶、等轴晶、柱状晶间液相、等轴晶间液相及枝晶外液相等五相的VAM.该模型可用来预测铸锭的宏观结构,包括CET形成、各相体积分数及分布、宏观偏析等.但该模型引入了一些微观尺度上的参变量(凝固微观组织假定),其准确性还有待确定.凝固微观组织通常直接决定材料的最终力学性能和使用性能.通过对铸坯凝固微观组织演变的模拟[137 ~141 ] ,能很好地预测材料的性能.元胞自动机有限元模型(cellular automat finite element,CAFE)是首个结合了宏观热流计算和微观晶粒生长的计算模型,Li等[140 ] 和Wang等[141 ] 采用CAFE模型对H13模具钢的电渣重熔过程进行了模拟,研究了电磁搅拌、晶粒形核密度和渣池温度对组织形貌的影响,结果与实验数据吻和较好.近期,Liu等[129 ] 和Niu等[142 ,143 ] 利用三相VAM等模型研究了有/无内部冷源情况下的凝固组织演变行为,发现内部冷源通过加速形核、增强对流和促进柱状晶向等轴晶转变等作用机制可提高凝固组织中等轴晶的比率,并建立了喂入冷源参数与等轴晶率的数学关系式,如图13 [129 ] 所示,该研究为连铸结晶器喂钢带技术的推广应用奠定了理论基础.目前研究人员对各个尺度上凝固现象的研究已相对成熟,但是如何实现宏-微观跨尺度凝固传输现象的耦合仍是一个难点. ...
Modelling mixed columnar-equiaxed solidification with melt convection and grain sedimentation-Part I: Model description
1
2010
... 由于合金凝固过程的复杂性,对其多尺度传输现象的模型化已经成为研究凝固传输过程的主要手段.20世纪60年代末,Flemings等[130 ] 基于固相无扩散和液相处于平衡状态的假设导出了著名的局部溶质再分配方程,标志着凝固过程溶质传输模型化的开始,该模型的贡献在于它首次给出了逆偏析、负偏析、正偏析和通道偏析的统一数学模型.20世纪80年代,Bennon和Incropera[131 ] 采用经典混合物理论建立了描述二元系固-液相变过程动量、热量和溶质传输的连续介质模型,该模型假定凝固中的固相和液相充分混合,相与相之间不存在微观界面,整个凝固体系视为一连续介质.最近,Li等[132 ] 利用连续焓-多孔介质模型,并考虑固相有限扩散,研究了3.3 t钢锭的凝固及偏析的形成过程.Beckermann和Viskanta[112 ] 采用体积平均方法建立了描述二元合金凝固的体积平均模型(volume-averaged model,VAM).随后,Ni和Beckermann[133 ] 提出了两相VAM,标志着凝固传输模型的又一重大进展.该模型对凝固体系中的固相和液相分别采用一套微分方程描述其传输过程,其特点主要在于把微观组织和界面传输现象与宏观传输方程联系起来.Li等[134 ] 采用两相VAM预测了钢铸锭凝固过程中的宏观偏析.但该类方法对固相的处理较为简化,为克服该缺点,Wu和Ludwig[135 ] 将固相细分为柱状晶和等轴晶,提出了可描述柱状晶、等轴晶及液相混合凝固的三相VAM,但模型中假定柱状晶为柱状,等轴晶为球状,忽略了晶粒形貌的影响.为此,Wu等[136 ] 又提出了考虑柱状晶、等轴晶、柱状晶间液相、等轴晶间液相及枝晶外液相等五相的VAM.该模型可用来预测铸锭的宏观结构,包括CET形成、各相体积分数及分布、宏观偏析等.但该模型引入了一些微观尺度上的参变量(凝固微观组织假定),其准确性还有待确定.凝固微观组织通常直接决定材料的最终力学性能和使用性能.通过对铸坯凝固微观组织演变的模拟[137 ~141 ] ,能很好地预测材料的性能.元胞自动机有限元模型(cellular automat finite element,CAFE)是首个结合了宏观热流计算和微观晶粒生长的计算模型,Li等[140 ] 和Wang等[141 ] 采用CAFE模型对H13模具钢的电渣重熔过程进行了模拟,研究了电磁搅拌、晶粒形核密度和渣池温度对组织形貌的影响,结果与实验数据吻和较好.近期,Liu等[129 ] 和Niu等[142 ,143 ] 利用三相VAM等模型研究了有/无内部冷源情况下的凝固组织演变行为,发现内部冷源通过加速形核、增强对流和促进柱状晶向等轴晶转变等作用机制可提高凝固组织中等轴晶的比率,并建立了喂入冷源参数与等轴晶率的数学关系式,如图13 [129 ] 所示,该研究为连铸结晶器喂钢带技术的推广应用奠定了理论基础.目前研究人员对各个尺度上凝固现象的研究已相对成熟,但是如何实现宏-微观跨尺度凝固传输现象的耦合仍是一个难点. ...
Computational modeling of microstructure evolution in solidification of aluminum alloys
1
2007
... 由于合金凝固过程的复杂性,对其多尺度传输现象的模型化已经成为研究凝固传输过程的主要手段.20世纪60年代末,Flemings等[130 ] 基于固相无扩散和液相处于平衡状态的假设导出了著名的局部溶质再分配方程,标志着凝固过程溶质传输模型化的开始,该模型的贡献在于它首次给出了逆偏析、负偏析、正偏析和通道偏析的统一数学模型.20世纪80年代,Bennon和Incropera[131 ] 采用经典混合物理论建立了描述二元系固-液相变过程动量、热量和溶质传输的连续介质模型,该模型假定凝固中的固相和液相充分混合,相与相之间不存在微观界面,整个凝固体系视为一连续介质.最近,Li等[132 ] 利用连续焓-多孔介质模型,并考虑固相有限扩散,研究了3.3 t钢锭的凝固及偏析的形成过程.Beckermann和Viskanta[112 ] 采用体积平均方法建立了描述二元合金凝固的体积平均模型(volume-averaged model,VAM).随后,Ni和Beckermann[133 ] 提出了两相VAM,标志着凝固传输模型的又一重大进展.该模型对凝固体系中的固相和液相分别采用一套微分方程描述其传输过程,其特点主要在于把微观组织和界面传输现象与宏观传输方程联系起来.Li等[134 ] 采用两相VAM预测了钢铸锭凝固过程中的宏观偏析.但该类方法对固相的处理较为简化,为克服该缺点,Wu和Ludwig[135 ] 将固相细分为柱状晶和等轴晶,提出了可描述柱状晶、等轴晶及液相混合凝固的三相VAM,但模型中假定柱状晶为柱状,等轴晶为球状,忽略了晶粒形貌的影响.为此,Wu等[136 ] 又提出了考虑柱状晶、等轴晶、柱状晶间液相、等轴晶间液相及枝晶外液相等五相的VAM.该模型可用来预测铸锭的宏观结构,包括CET形成、各相体积分数及分布、宏观偏析等.但该模型引入了一些微观尺度上的参变量(凝固微观组织假定),其准确性还有待确定.凝固微观组织通常直接决定材料的最终力学性能和使用性能.通过对铸坯凝固微观组织演变的模拟[137 ~141 ] ,能很好地预测材料的性能.元胞自动机有限元模型(cellular automat finite element,CAFE)是首个结合了宏观热流计算和微观晶粒生长的计算模型,Li等[140 ] 和Wang等[141 ] 采用CAFE模型对H13模具钢的电渣重熔过程进行了模拟,研究了电磁搅拌、晶粒形核密度和渣池温度对组织形貌的影响,结果与实验数据吻和较好.近期,Liu等[129 ] 和Niu等[142 ,143 ] 利用三相VAM等模型研究了有/无内部冷源情况下的凝固组织演变行为,发现内部冷源通过加速形核、增强对流和促进柱状晶向等轴晶转变等作用机制可提高凝固组织中等轴晶的比率,并建立了喂入冷源参数与等轴晶率的数学关系式,如图13 [129 ] 所示,该研究为连铸结晶器喂钢带技术的推广应用奠定了理论基础.目前研究人员对各个尺度上凝固现象的研究已相对成熟,但是如何实现宏-微观跨尺度凝固传输现象的耦合仍是一个难点. ...
Simulation of a dendritic microstructure with the lattice Boltzmann and cellular automaton methods
0
2011
A modified cellular automaton model for the quantitative prediction of equiaxed and columnar dendritic growth
0
2014
A coupled cellular automaton-finite-element mathematical model for the multiscale phenomena of electroslag remelting H13 die steel ingot
1
2014
... 由于合金凝固过程的复杂性,对其多尺度传输现象的模型化已经成为研究凝固传输过程的主要手段.20世纪60年代末,Flemings等[130 ] 基于固相无扩散和液相处于平衡状态的假设导出了著名的局部溶质再分配方程,标志着凝固过程溶质传输模型化的开始,该模型的贡献在于它首次给出了逆偏析、负偏析、正偏析和通道偏析的统一数学模型.20世纪80年代,Bennon和Incropera[131 ] 采用经典混合物理论建立了描述二元系固-液相变过程动量、热量和溶质传输的连续介质模型,该模型假定凝固中的固相和液相充分混合,相与相之间不存在微观界面,整个凝固体系视为一连续介质.最近,Li等[132 ] 利用连续焓-多孔介质模型,并考虑固相有限扩散,研究了3.3 t钢锭的凝固及偏析的形成过程.Beckermann和Viskanta[112 ] 采用体积平均方法建立了描述二元合金凝固的体积平均模型(volume-averaged model,VAM).随后,Ni和Beckermann[133 ] 提出了两相VAM,标志着凝固传输模型的又一重大进展.该模型对凝固体系中的固相和液相分别采用一套微分方程描述其传输过程,其特点主要在于把微观组织和界面传输现象与宏观传输方程联系起来.Li等[134 ] 采用两相VAM预测了钢铸锭凝固过程中的宏观偏析.但该类方法对固相的处理较为简化,为克服该缺点,Wu和Ludwig[135 ] 将固相细分为柱状晶和等轴晶,提出了可描述柱状晶、等轴晶及液相混合凝固的三相VAM,但模型中假定柱状晶为柱状,等轴晶为球状,忽略了晶粒形貌的影响.为此,Wu等[136 ] 又提出了考虑柱状晶、等轴晶、柱状晶间液相、等轴晶间液相及枝晶外液相等五相的VAM.该模型可用来预测铸锭的宏观结构,包括CET形成、各相体积分数及分布、宏观偏析等.但该模型引入了一些微观尺度上的参变量(凝固微观组织假定),其准确性还有待确定.凝固微观组织通常直接决定材料的最终力学性能和使用性能.通过对铸坯凝固微观组织演变的模拟[137 ~141 ] ,能很好地预测材料的性能.元胞自动机有限元模型(cellular automat finite element,CAFE)是首个结合了宏观热流计算和微观晶粒生长的计算模型,Li等[140 ] 和Wang等[141 ] 采用CAFE模型对H13模具钢的电渣重熔过程进行了模拟,研究了电磁搅拌、晶粒形核密度和渣池温度对组织形貌的影响,结果与实验数据吻和较好.近期,Liu等[129 ] 和Niu等[142 ,143 ] 利用三相VAM等模型研究了有/无内部冷源情况下的凝固组织演变行为,发现内部冷源通过加速形核、增强对流和促进柱状晶向等轴晶转变等作用机制可提高凝固组织中等轴晶的比率,并建立了喂入冷源参数与等轴晶率的数学关系式,如图13 [129 ] 所示,该研究为连铸结晶器喂钢带技术的推广应用奠定了理论基础.目前研究人员对各个尺度上凝固现象的研究已相对成熟,但是如何实现宏-微观跨尺度凝固传输现象的耦合仍是一个难点. ...
Impact of electromagnetic stirring on grain structure of electroslag remelting ingot
2
2015
... 由于合金凝固过程的复杂性,对其多尺度传输现象的模型化已经成为研究凝固传输过程的主要手段.20世纪60年代末,Flemings等[130 ] 基于固相无扩散和液相处于平衡状态的假设导出了著名的局部溶质再分配方程,标志着凝固过程溶质传输模型化的开始,该模型的贡献在于它首次给出了逆偏析、负偏析、正偏析和通道偏析的统一数学模型.20世纪80年代,Bennon和Incropera[131 ] 采用经典混合物理论建立了描述二元系固-液相变过程动量、热量和溶质传输的连续介质模型,该模型假定凝固中的固相和液相充分混合,相与相之间不存在微观界面,整个凝固体系视为一连续介质.最近,Li等[132 ] 利用连续焓-多孔介质模型,并考虑固相有限扩散,研究了3.3 t钢锭的凝固及偏析的形成过程.Beckermann和Viskanta[112 ] 采用体积平均方法建立了描述二元合金凝固的体积平均模型(volume-averaged model,VAM).随后,Ni和Beckermann[133 ] 提出了两相VAM,标志着凝固传输模型的又一重大进展.该模型对凝固体系中的固相和液相分别采用一套微分方程描述其传输过程,其特点主要在于把微观组织和界面传输现象与宏观传输方程联系起来.Li等[134 ] 采用两相VAM预测了钢铸锭凝固过程中的宏观偏析.但该类方法对固相的处理较为简化,为克服该缺点,Wu和Ludwig[135 ] 将固相细分为柱状晶和等轴晶,提出了可描述柱状晶、等轴晶及液相混合凝固的三相VAM,但模型中假定柱状晶为柱状,等轴晶为球状,忽略了晶粒形貌的影响.为此,Wu等[136 ] 又提出了考虑柱状晶、等轴晶、柱状晶间液相、等轴晶间液相及枝晶外液相等五相的VAM.该模型可用来预测铸锭的宏观结构,包括CET形成、各相体积分数及分布、宏观偏析等.但该模型引入了一些微观尺度上的参变量(凝固微观组织假定),其准确性还有待确定.凝固微观组织通常直接决定材料的最终力学性能和使用性能.通过对铸坯凝固微观组织演变的模拟[137 ~141 ] ,能很好地预测材料的性能.元胞自动机有限元模型(cellular automat finite element,CAFE)是首个结合了宏观热流计算和微观晶粒生长的计算模型,Li等[140 ] 和Wang等[141 ] 采用CAFE模型对H13模具钢的电渣重熔过程进行了模拟,研究了电磁搅拌、晶粒形核密度和渣池温度对组织形貌的影响,结果与实验数据吻和较好.近期,Liu等[129 ] 和Niu等[142 ,143 ] 利用三相VAM等模型研究了有/无内部冷源情况下的凝固组织演变行为,发现内部冷源通过加速形核、增强对流和促进柱状晶向等轴晶转变等作用机制可提高凝固组织中等轴晶的比率,并建立了喂入冷源参数与等轴晶率的数学关系式,如图13 [129 ] 所示,该研究为连铸结晶器喂钢带技术的推广应用奠定了理论基础.目前研究人员对各个尺度上凝固现象的研究已相对成熟,但是如何实现宏-微观跨尺度凝固传输现象的耦合仍是一个难点. ...
... [141 ]采用CAFE模型对H13模具钢的电渣重熔过程进行了模拟,研究了电磁搅拌、晶粒形核密度和渣池温度对组织形貌的影响,结果与实验数据吻和较好.近期,Liu等[129 ] 和Niu等[142 ,143 ] 利用三相VAM等模型研究了有/无内部冷源情况下的凝固组织演变行为,发现内部冷源通过加速形核、增强对流和促进柱状晶向等轴晶转变等作用机制可提高凝固组织中等轴晶的比率,并建立了喂入冷源参数与等轴晶率的数学关系式,如图13 [129 ] 所示,该研究为连铸结晶器喂钢带技术的推广应用奠定了理论基础.目前研究人员对各个尺度上凝固现象的研究已相对成熟,但是如何实现宏-微观跨尺度凝固传输现象的耦合仍是一个难点. ...
Melting of moving strip during steel strip feeding in continuous casting process
1
2018
... 由于合金凝固过程的复杂性,对其多尺度传输现象的模型化已经成为研究凝固传输过程的主要手段.20世纪60年代末,Flemings等[130 ] 基于固相无扩散和液相处于平衡状态的假设导出了著名的局部溶质再分配方程,标志着凝固过程溶质传输模型化的开始,该模型的贡献在于它首次给出了逆偏析、负偏析、正偏析和通道偏析的统一数学模型.20世纪80年代,Bennon和Incropera[131 ] 采用经典混合物理论建立了描述二元系固-液相变过程动量、热量和溶质传输的连续介质模型,该模型假定凝固中的固相和液相充分混合,相与相之间不存在微观界面,整个凝固体系视为一连续介质.最近,Li等[132 ] 利用连续焓-多孔介质模型,并考虑固相有限扩散,研究了3.3 t钢锭的凝固及偏析的形成过程.Beckermann和Viskanta[112 ] 采用体积平均方法建立了描述二元合金凝固的体积平均模型(volume-averaged model,VAM).随后,Ni和Beckermann[133 ] 提出了两相VAM,标志着凝固传输模型的又一重大进展.该模型对凝固体系中的固相和液相分别采用一套微分方程描述其传输过程,其特点主要在于把微观组织和界面传输现象与宏观传输方程联系起来.Li等[134 ] 采用两相VAM预测了钢铸锭凝固过程中的宏观偏析.但该类方法对固相的处理较为简化,为克服该缺点,Wu和Ludwig[135 ] 将固相细分为柱状晶和等轴晶,提出了可描述柱状晶、等轴晶及液相混合凝固的三相VAM,但模型中假定柱状晶为柱状,等轴晶为球状,忽略了晶粒形貌的影响.为此,Wu等[136 ] 又提出了考虑柱状晶、等轴晶、柱状晶间液相、等轴晶间液相及枝晶外液相等五相的VAM.该模型可用来预测铸锭的宏观结构,包括CET形成、各相体积分数及分布、宏观偏析等.但该模型引入了一些微观尺度上的参变量(凝固微观组织假定),其准确性还有待确定.凝固微观组织通常直接决定材料的最终力学性能和使用性能.通过对铸坯凝固微观组织演变的模拟[137 ~141 ] ,能很好地预测材料的性能.元胞自动机有限元模型(cellular automat finite element,CAFE)是首个结合了宏观热流计算和微观晶粒生长的计算模型,Li等[140 ] 和Wang等[141 ] 采用CAFE模型对H13模具钢的电渣重熔过程进行了模拟,研究了电磁搅拌、晶粒形核密度和渣池温度对组织形貌的影响,结果与实验数据吻和较好.近期,Liu等[129 ] 和Niu等[142 ,143 ] 利用三相VAM等模型研究了有/无内部冷源情况下的凝固组织演变行为,发现内部冷源通过加速形核、增强对流和促进柱状晶向等轴晶转变等作用机制可提高凝固组织中等轴晶的比率,并建立了喂入冷源参数与等轴晶率的数学关系式,如图13 [129 ] 所示,该研究为连铸结晶器喂钢带技术的推广应用奠定了理论基础.目前研究人员对各个尺度上凝固现象的研究已相对成熟,但是如何实现宏-微观跨尺度凝固传输现象的耦合仍是一个难点. ...
Effect of strip feeding into mold on fluid flow and heat transfer in continuous casting process
1
2020
... 由于合金凝固过程的复杂性,对其多尺度传输现象的模型化已经成为研究凝固传输过程的主要手段.20世纪60年代末,Flemings等[130 ] 基于固相无扩散和液相处于平衡状态的假设导出了著名的局部溶质再分配方程,标志着凝固过程溶质传输模型化的开始,该模型的贡献在于它首次给出了逆偏析、负偏析、正偏析和通道偏析的统一数学模型.20世纪80年代,Bennon和Incropera[131 ] 采用经典混合物理论建立了描述二元系固-液相变过程动量、热量和溶质传输的连续介质模型,该模型假定凝固中的固相和液相充分混合,相与相之间不存在微观界面,整个凝固体系视为一连续介质.最近,Li等[132 ] 利用连续焓-多孔介质模型,并考虑固相有限扩散,研究了3.3 t钢锭的凝固及偏析的形成过程.Beckermann和Viskanta[112 ] 采用体积平均方法建立了描述二元合金凝固的体积平均模型(volume-averaged model,VAM).随后,Ni和Beckermann[133 ] 提出了两相VAM,标志着凝固传输模型的又一重大进展.该模型对凝固体系中的固相和液相分别采用一套微分方程描述其传输过程,其特点主要在于把微观组织和界面传输现象与宏观传输方程联系起来.Li等[134 ] 采用两相VAM预测了钢铸锭凝固过程中的宏观偏析.但该类方法对固相的处理较为简化,为克服该缺点,Wu和Ludwig[135 ] 将固相细分为柱状晶和等轴晶,提出了可描述柱状晶、等轴晶及液相混合凝固的三相VAM,但模型中假定柱状晶为柱状,等轴晶为球状,忽略了晶粒形貌的影响.为此,Wu等[136 ] 又提出了考虑柱状晶、等轴晶、柱状晶间液相、等轴晶间液相及枝晶外液相等五相的VAM.该模型可用来预测铸锭的宏观结构,包括CET形成、各相体积分数及分布、宏观偏析等.但该模型引入了一些微观尺度上的参变量(凝固微观组织假定),其准确性还有待确定.凝固微观组织通常直接决定材料的最终力学性能和使用性能.通过对铸坯凝固微观组织演变的模拟[137 ~141 ] ,能很好地预测材料的性能.元胞自动机有限元模型(cellular automat finite element,CAFE)是首个结合了宏观热流计算和微观晶粒生长的计算模型,Li等[140 ] 和Wang等[141 ] 采用CAFE模型对H13模具钢的电渣重熔过程进行了模拟,研究了电磁搅拌、晶粒形核密度和渣池温度对组织形貌的影响,结果与实验数据吻和较好.近期,Liu等[129 ] 和Niu等[142 ,143 ] 利用三相VAM等模型研究了有/无内部冷源情况下的凝固组织演变行为,发现内部冷源通过加速形核、增强对流和促进柱状晶向等轴晶转变等作用机制可提高凝固组织中等轴晶的比率,并建立了喂入冷源参数与等轴晶率的数学关系式,如图13 [129 ] 所示,该研究为连铸结晶器喂钢带技术的推广应用奠定了理论基础.目前研究人员对各个尺度上凝固现象的研究已相对成熟,但是如何实现宏-微观跨尺度凝固传输现象的耦合仍是一个难点. ...
Simulation of fluid flow inside a continuous slab-casting machine
1
1990
... 连铸结晶器内的高温熔体流动处于强烈的非稳态湍动状态,相界面结构受各相物理量的湍流脉动及多尺度涡的控制,因此湍流模型的有效性也是多尺度相界面描述的关键.根据湍流数值模拟对不同尺度涡的处理方法,相界面可以分为3类:确定型、统计型和过滤型.表1 给出了3种典型的湍流数值模拟方法.基于直接数值模拟(direct numerical simulation,DNS)的相界面属于确定型界面,但DNS除了受计算机容量的限制外,对于具有复杂边界问题的处理方法还未从理论上完全解决,目前难以应用于冶金工程尺度.基于Reynolds平均模拟(Reynolds-averaged Navier-Stokes,RANS)的相界面为统计型界面,它仍是目前结晶器内多相流研究的主流选择[40 ~44 ,48 ~51 ,144 ~151 ] ,但需要强调的是,此时相界面的微细结构以及湍流涡的多尺度效应被抹平,得到的是统计平均意义上的相界面,无法反映受不同尺度涡影响的界面运动和变形,例如,RANS k -ε (k 为湍动能,ε 为湍动能耗散率)模型预测的薄板坯连铸结晶器内的对称涡结构,与水模型实验的非对称结果不符[152 ] .大涡模拟(large eddy simulation,LES)通过过滤操作将湍流运动分解成大尺度涡和小尺度涡2部分,大尺度涡通过直接求解N-S方程获得,而小尺度涡则通过建立亚格子模型求解,因此得到的相界面属于过滤型界面.LES已成功地应用于结晶器内的单相流动计算[9 ~11 ,36 ,40 ,41 ,152 ~159 ] ,获得了钢液的瞬态非对称流场特征.研究者[22 ,35 ,36 ,50 ,100 ,107 ,108 ,160 ~164 ] 分别将LES模型与ICM或TFM耦合,获得了结晶器内的气液两相瞬态流动特征,如图14 [50 ] 所示,解决了以往湍流模型无法捕捉气相对液相造成的湍流脉动压力的难题,改善了局部湍流速度参数、气体流动速率、液体运动参数的预测精度,与实验测量结果吻合较好.但目前发展的所有亚格子模型均假定流动为湍流、充分发展和各向同性,不能适应强各向异性湍流的计算.而且在结晶器泡状流中,气泡的脉动运动会对高温熔体的湍流脉动产生影响(如气泡尾迹增大流体小尺度湍流),目前的亚格子模型中未考虑该项的作用.因此,在LES的应用中,适用于复杂各向异性的多相湍流的亚格子模型还有待于从机理上进行更深入的研究. ...
Three-dimensional modeling of the flow and the interface surface in a continuous casting mold model
0
1999
Effect of static magnetic field application on the mass transfer in sequence slab continuous casting process
0
2001
Water model and CFD studies of bubble dispersion and inclusions removal in continuous casting mold of steel
0
2006
底吹钢包内气/钢液/渣三相流模型及渣层行为的研究
0
2008
底吹钢包内气/钢液/渣三相流模型及渣层行为的研究
0
2008
Transient turbulent flow in a liquid-metal model of continuous casting, including comparison of six different methods
0
2011
Comparison of standard k-ε model and RSM on three dimensional turbulent flow in the SEN of slab continuous caster controlled by slide gate
0
2011
Numerical simulation of fluid flow and solidification in bloom continuous casting mould with electromagnetic stirring
1
2015
... 连铸结晶器内的高温熔体流动处于强烈的非稳态湍动状态,相界面结构受各相物理量的湍流脉动及多尺度涡的控制,因此湍流模型的有效性也是多尺度相界面描述的关键.根据湍流数值模拟对不同尺度涡的处理方法,相界面可以分为3类:确定型、统计型和过滤型.表1 给出了3种典型的湍流数值模拟方法.基于直接数值模拟(direct numerical simulation,DNS)的相界面属于确定型界面,但DNS除了受计算机容量的限制外,对于具有复杂边界问题的处理方法还未从理论上完全解决,目前难以应用于冶金工程尺度.基于Reynolds平均模拟(Reynolds-averaged Navier-Stokes,RANS)的相界面为统计型界面,它仍是目前结晶器内多相流研究的主流选择[40 ~44 ,48 ~51 ,144 ~151 ] ,但需要强调的是,此时相界面的微细结构以及湍流涡的多尺度效应被抹平,得到的是统计平均意义上的相界面,无法反映受不同尺度涡影响的界面运动和变形,例如,RANS k -ε (k 为湍动能,ε 为湍动能耗散率)模型预测的薄板坯连铸结晶器内的对称涡结构,与水模型实验的非对称结果不符[152 ] .大涡模拟(large eddy simulation,LES)通过过滤操作将湍流运动分解成大尺度涡和小尺度涡2部分,大尺度涡通过直接求解N-S方程获得,而小尺度涡则通过建立亚格子模型求解,因此得到的相界面属于过滤型界面.LES已成功地应用于结晶器内的单相流动计算[9 ~11 ,36 ,40 ,41 ,152 ~159 ] ,获得了钢液的瞬态非对称流场特征.研究者[22 ,35 ,36 ,50 ,100 ,107 ,108 ,160 ~164 ] 分别将LES模型与ICM或TFM耦合,获得了结晶器内的气液两相瞬态流动特征,如图14 [50 ] 所示,解决了以往湍流模型无法捕捉气相对液相造成的湍流脉动压力的难题,改善了局部湍流速度参数、气体流动速率、液体运动参数的预测精度,与实验测量结果吻合较好.但目前发展的所有亚格子模型均假定流动为湍流、充分发展和各向同性,不能适应强各向异性湍流的计算.而且在结晶器泡状流中,气泡的脉动运动会对高温熔体的湍流脉动产生影响(如气泡尾迹增大流体小尺度湍流),目前的亚格子模型中未考虑该项的作用.因此,在LES的应用中,适用于复杂各向异性的多相湍流的亚格子模型还有待于从机理上进行更深入的研究. ...
Instability and periodicity of asymmetrical flow in a funnel thin slab continuous casting mold
2
2015
... 连铸结晶器内的高温熔体流动处于强烈的非稳态湍动状态,相界面结构受各相物理量的湍流脉动及多尺度涡的控制,因此湍流模型的有效性也是多尺度相界面描述的关键.根据湍流数值模拟对不同尺度涡的处理方法,相界面可以分为3类:确定型、统计型和过滤型.表1 给出了3种典型的湍流数值模拟方法.基于直接数值模拟(direct numerical simulation,DNS)的相界面属于确定型界面,但DNS除了受计算机容量的限制外,对于具有复杂边界问题的处理方法还未从理论上完全解决,目前难以应用于冶金工程尺度.基于Reynolds平均模拟(Reynolds-averaged Navier-Stokes,RANS)的相界面为统计型界面,它仍是目前结晶器内多相流研究的主流选择[40 ~44 ,48 ~51 ,144 ~151 ] ,但需要强调的是,此时相界面的微细结构以及湍流涡的多尺度效应被抹平,得到的是统计平均意义上的相界面,无法反映受不同尺度涡影响的界面运动和变形,例如,RANS k -ε (k 为湍动能,ε 为湍动能耗散率)模型预测的薄板坯连铸结晶器内的对称涡结构,与水模型实验的非对称结果不符[152 ] .大涡模拟(large eddy simulation,LES)通过过滤操作将湍流运动分解成大尺度涡和小尺度涡2部分,大尺度涡通过直接求解N-S方程获得,而小尺度涡则通过建立亚格子模型求解,因此得到的相界面属于过滤型界面.LES已成功地应用于结晶器内的单相流动计算[9 ~11 ,36 ,40 ,41 ,152 ~159 ] ,获得了钢液的瞬态非对称流场特征.研究者[22 ,35 ,36 ,50 ,100 ,107 ,108 ,160 ~164 ] 分别将LES模型与ICM或TFM耦合,获得了结晶器内的气液两相瞬态流动特征,如图14 [50 ] 所示,解决了以往湍流模型无法捕捉气相对液相造成的湍流脉动压力的难题,改善了局部湍流速度参数、气体流动速率、液体运动参数的预测精度,与实验测量结果吻合较好.但目前发展的所有亚格子模型均假定流动为湍流、充分发展和各向同性,不能适应强各向异性湍流的计算.而且在结晶器泡状流中,气泡的脉动运动会对高温熔体的湍流脉动产生影响(如气泡尾迹增大流体小尺度湍流),目前的亚格子模型中未考虑该项的作用.因此,在LES的应用中,适用于复杂各向异性的多相湍流的亚格子模型还有待于从机理上进行更深入的研究. ...
... ,152 ~159 ],获得了钢液的瞬态非对称流场特征.研究者[22 ,35 ,36 ,50 ,100 ,107 ,108 ,160 ~164 ] 分别将LES模型与ICM或TFM耦合,获得了结晶器内的气液两相瞬态流动特征,如图14 [50 ] 所示,解决了以往湍流模型无法捕捉气相对液相造成的湍流脉动压力的难题,改善了局部湍流速度参数、气体流动速率、液体运动参数的预测精度,与实验测量结果吻合较好.但目前发展的所有亚格子模型均假定流动为湍流、充分发展和各向同性,不能适应强各向异性湍流的计算.而且在结晶器泡状流中,气泡的脉动运动会对高温熔体的湍流脉动产生影响(如气泡尾迹增大流体小尺度湍流),目前的亚格子模型中未考虑该项的作用.因此,在LES的应用中,适用于复杂各向异性的多相湍流的亚格子模型还有待于从机理上进行更深入的研究. ...
薄板坯连铸结晶器非稳态湍流大涡模拟研究
0
2012
薄板坯连铸结晶器非稳态湍流大涡模拟研究
0
2012
Large eddy simulation for unsteady turbulent field in thin slab continuous casting mold
0
2011
Large eddy simulation of transient flow and inclusions transport in continuous casting mold under different electromagnetic brakes
0
2016
Effect of an electrically-conducting wall on transient magnetohydrodynamic flow in a continuous-casting mold with an electromagnetic brake
0
2018
电磁场技术在冶金领域应用的数值模拟研究进展
0
2018
电磁场技术在冶金领域应用的数值模拟研究进展
0
2018
冶金过程中的气液两相流模拟
1
2020
... 连铸结晶器内的高温熔体流动处于强烈的非稳态湍动状态,相界面结构受各相物理量的湍流脉动及多尺度涡的控制,因此湍流模型的有效性也是多尺度相界面描述的关键.根据湍流数值模拟对不同尺度涡的处理方法,相界面可以分为3类:确定型、统计型和过滤型.表1 给出了3种典型的湍流数值模拟方法.基于直接数值模拟(direct numerical simulation,DNS)的相界面属于确定型界面,但DNS除了受计算机容量的限制外,对于具有复杂边界问题的处理方法还未从理论上完全解决,目前难以应用于冶金工程尺度.基于Reynolds平均模拟(Reynolds-averaged Navier-Stokes,RANS)的相界面为统计型界面,它仍是目前结晶器内多相流研究的主流选择[40 ~44 ,48 ~51 ,144 ~151 ] ,但需要强调的是,此时相界面的微细结构以及湍流涡的多尺度效应被抹平,得到的是统计平均意义上的相界面,无法反映受不同尺度涡影响的界面运动和变形,例如,RANS k -ε (k 为湍动能,ε 为湍动能耗散率)模型预测的薄板坯连铸结晶器内的对称涡结构,与水模型实验的非对称结果不符[152 ] .大涡模拟(large eddy simulation,LES)通过过滤操作将湍流运动分解成大尺度涡和小尺度涡2部分,大尺度涡通过直接求解N-S方程获得,而小尺度涡则通过建立亚格子模型求解,因此得到的相界面属于过滤型界面.LES已成功地应用于结晶器内的单相流动计算[9 ~11 ,36 ,40 ,41 ,152 ~159 ] ,获得了钢液的瞬态非对称流场特征.研究者[22 ,35 ,36 ,50 ,100 ,107 ,108 ,160 ~164 ] 分别将LES模型与ICM或TFM耦合,获得了结晶器内的气液两相瞬态流动特征,如图14 [50 ] 所示,解决了以往湍流模型无法捕捉气相对液相造成的湍流脉动压力的难题,改善了局部湍流速度参数、气体流动速率、液体运动参数的预测精度,与实验测量结果吻合较好.但目前发展的所有亚格子模型均假定流动为湍流、充分发展和各向同性,不能适应强各向异性湍流的计算.而且在结晶器泡状流中,气泡的脉动运动会对高温熔体的湍流脉动产生影响(如气泡尾迹增大流体小尺度湍流),目前的亚格子模型中未考虑该项的作用.因此,在LES的应用中,适用于复杂各向异性的多相湍流的亚格子模型还有待于从机理上进行更深入的研究. ...
冶金过程中的气液两相流模拟
1
2020
... 连铸结晶器内的高温熔体流动处于强烈的非稳态湍动状态,相界面结构受各相物理量的湍流脉动及多尺度涡的控制,因此湍流模型的有效性也是多尺度相界面描述的关键.根据湍流数值模拟对不同尺度涡的处理方法,相界面可以分为3类:确定型、统计型和过滤型.表1 给出了3种典型的湍流数值模拟方法.基于直接数值模拟(direct numerical simulation,DNS)的相界面属于确定型界面,但DNS除了受计算机容量的限制外,对于具有复杂边界问题的处理方法还未从理论上完全解决,目前难以应用于冶金工程尺度.基于Reynolds平均模拟(Reynolds-averaged Navier-Stokes,RANS)的相界面为统计型界面,它仍是目前结晶器内多相流研究的主流选择[40 ~44 ,48 ~51 ,144 ~151 ] ,但需要强调的是,此时相界面的微细结构以及湍流涡的多尺度效应被抹平,得到的是统计平均意义上的相界面,无法反映受不同尺度涡影响的界面运动和变形,例如,RANS k -ε (k 为湍动能,ε 为湍动能耗散率)模型预测的薄板坯连铸结晶器内的对称涡结构,与水模型实验的非对称结果不符[152 ] .大涡模拟(large eddy simulation,LES)通过过滤操作将湍流运动分解成大尺度涡和小尺度涡2部分,大尺度涡通过直接求解N-S方程获得,而小尺度涡则通过建立亚格子模型求解,因此得到的相界面属于过滤型界面.LES已成功地应用于结晶器内的单相流动计算[9 ~11 ,36 ,40 ,41 ,152 ~159 ] ,获得了钢液的瞬态非对称流场特征.研究者[22 ,35 ,36 ,50 ,100 ,107 ,108 ,160 ~164 ] 分别将LES模型与ICM或TFM耦合,获得了结晶器内的气液两相瞬态流动特征,如图14 [50 ] 所示,解决了以往湍流模型无法捕捉气相对液相造成的湍流脉动压力的难题,改善了局部湍流速度参数、气体流动速率、液体运动参数的预测精度,与实验测量结果吻合较好.但目前发展的所有亚格子模型均假定流动为湍流、充分发展和各向同性,不能适应强各向异性湍流的计算.而且在结晶器泡状流中,气泡的脉动运动会对高温熔体的湍流脉动产生影响(如气泡尾迹增大流体小尺度湍流),目前的亚格子模型中未考虑该项的作用.因此,在LES的应用中,适用于复杂各向异性的多相湍流的亚格子模型还有待于从机理上进行更深入的研究. ...
连铸结晶器内氩气/钢液两相非稳态湍流特性的大涡模拟研究
1
2013
... 连铸结晶器内的高温熔体流动处于强烈的非稳态湍动状态,相界面结构受各相物理量的湍流脉动及多尺度涡的控制,因此湍流模型的有效性也是多尺度相界面描述的关键.根据湍流数值模拟对不同尺度涡的处理方法,相界面可以分为3类:确定型、统计型和过滤型.表1 给出了3种典型的湍流数值模拟方法.基于直接数值模拟(direct numerical simulation,DNS)的相界面属于确定型界面,但DNS除了受计算机容量的限制外,对于具有复杂边界问题的处理方法还未从理论上完全解决,目前难以应用于冶金工程尺度.基于Reynolds平均模拟(Reynolds-averaged Navier-Stokes,RANS)的相界面为统计型界面,它仍是目前结晶器内多相流研究的主流选择[40 ~44 ,48 ~51 ,144 ~151 ] ,但需要强调的是,此时相界面的微细结构以及湍流涡的多尺度效应被抹平,得到的是统计平均意义上的相界面,无法反映受不同尺度涡影响的界面运动和变形,例如,RANS k -ε (k 为湍动能,ε 为湍动能耗散率)模型预测的薄板坯连铸结晶器内的对称涡结构,与水模型实验的非对称结果不符[152 ] .大涡模拟(large eddy simulation,LES)通过过滤操作将湍流运动分解成大尺度涡和小尺度涡2部分,大尺度涡通过直接求解N-S方程获得,而小尺度涡则通过建立亚格子模型求解,因此得到的相界面属于过滤型界面.LES已成功地应用于结晶器内的单相流动计算[9 ~11 ,36 ,40 ,41 ,152 ~159 ] ,获得了钢液的瞬态非对称流场特征.研究者[22 ,35 ,36 ,50 ,100 ,107 ,108 ,160 ~164 ] 分别将LES模型与ICM或TFM耦合,获得了结晶器内的气液两相瞬态流动特征,如图14 [50 ] 所示,解决了以往湍流模型无法捕捉气相对液相造成的湍流脉动压力的难题,改善了局部湍流速度参数、气体流动速率、液体运动参数的预测精度,与实验测量结果吻合较好.但目前发展的所有亚格子模型均假定流动为湍流、充分发展和各向同性,不能适应强各向异性湍流的计算.而且在结晶器泡状流中,气泡的脉动运动会对高温熔体的湍流脉动产生影响(如气泡尾迹增大流体小尺度湍流),目前的亚格子模型中未考虑该项的作用.因此,在LES的应用中,适用于复杂各向异性的多相湍流的亚格子模型还有待于从机理上进行更深入的研究. ...
连铸结晶器内氩气/钢液两相非稳态湍流特性的大涡模拟研究
1
2013
... 连铸结晶器内的高温熔体流动处于强烈的非稳态湍动状态,相界面结构受各相物理量的湍流脉动及多尺度涡的控制,因此湍流模型的有效性也是多尺度相界面描述的关键.根据湍流数值模拟对不同尺度涡的处理方法,相界面可以分为3类:确定型、统计型和过滤型.表1 给出了3种典型的湍流数值模拟方法.基于直接数值模拟(direct numerical simulation,DNS)的相界面属于确定型界面,但DNS除了受计算机容量的限制外,对于具有复杂边界问题的处理方法还未从理论上完全解决,目前难以应用于冶金工程尺度.基于Reynolds平均模拟(Reynolds-averaged Navier-Stokes,RANS)的相界面为统计型界面,它仍是目前结晶器内多相流研究的主流选择[40 ~44 ,48 ~51 ,144 ~151 ] ,但需要强调的是,此时相界面的微细结构以及湍流涡的多尺度效应被抹平,得到的是统计平均意义上的相界面,无法反映受不同尺度涡影响的界面运动和变形,例如,RANS k -ε (k 为湍动能,ε 为湍动能耗散率)模型预测的薄板坯连铸结晶器内的对称涡结构,与水模型实验的非对称结果不符[152 ] .大涡模拟(large eddy simulation,LES)通过过滤操作将湍流运动分解成大尺度涡和小尺度涡2部分,大尺度涡通过直接求解N-S方程获得,而小尺度涡则通过建立亚格子模型求解,因此得到的相界面属于过滤型界面.LES已成功地应用于结晶器内的单相流动计算[9 ~11 ,36 ,40 ,41 ,152 ~159 ] ,获得了钢液的瞬态非对称流场特征.研究者[22 ,35 ,36 ,50 ,100 ,107 ,108 ,160 ~164 ] 分别将LES模型与ICM或TFM耦合,获得了结晶器内的气液两相瞬态流动特征,如图14 [50 ] 所示,解决了以往湍流模型无法捕捉气相对液相造成的湍流脉动压力的难题,改善了局部湍流速度参数、气体流动速率、液体运动参数的预测精度,与实验测量结果吻合较好.但目前发展的所有亚格子模型均假定流动为湍流、充分发展和各向同性,不能适应强各向异性湍流的计算.而且在结晶器泡状流中,气泡的脉动运动会对高温熔体的湍流脉动产生影响(如气泡尾迹增大流体小尺度湍流),目前的亚格子模型中未考虑该项的作用.因此,在LES的应用中,适用于复杂各向异性的多相湍流的亚格子模型还有待于从机理上进行更深入的研究. ...
Modeling of transient two-phase flow in a continuous casting mold using Euler-Euler large eddy simulation scheme
0
2013
Scale-adaptive analysis of Euler-Euler large eddy simulation for laboratory scale dispersed bubbly flows
0
2018
Scale-adaptive simulation of transient two-phase flow in continuous-casting mold
0
2019
An assessment on the performance of sub-grid scale models of large eddy simulation in modeling bubbly flows
1
2020
... 连铸结晶器内的高温熔体流动处于强烈的非稳态湍动状态,相界面结构受各相物理量的湍流脉动及多尺度涡的控制,因此湍流模型的有效性也是多尺度相界面描述的关键.根据湍流数值模拟对不同尺度涡的处理方法,相界面可以分为3类:确定型、统计型和过滤型.表1 给出了3种典型的湍流数值模拟方法.基于直接数值模拟(direct numerical simulation,DNS)的相界面属于确定型界面,但DNS除了受计算机容量的限制外,对于具有复杂边界问题的处理方法还未从理论上完全解决,目前难以应用于冶金工程尺度.基于Reynolds平均模拟(Reynolds-averaged Navier-Stokes,RANS)的相界面为统计型界面,它仍是目前结晶器内多相流研究的主流选择[40 ~44 ,48 ~51 ,144 ~151 ] ,但需要强调的是,此时相界面的微细结构以及湍流涡的多尺度效应被抹平,得到的是统计平均意义上的相界面,无法反映受不同尺度涡影响的界面运动和变形,例如,RANS k -ε (k 为湍动能,ε 为湍动能耗散率)模型预测的薄板坯连铸结晶器内的对称涡结构,与水模型实验的非对称结果不符[152 ] .大涡模拟(large eddy simulation,LES)通过过滤操作将湍流运动分解成大尺度涡和小尺度涡2部分,大尺度涡通过直接求解N-S方程获得,而小尺度涡则通过建立亚格子模型求解,因此得到的相界面属于过滤型界面.LES已成功地应用于结晶器内的单相流动计算[9 ~11 ,36 ,40 ,41 ,152 ~159 ] ,获得了钢液的瞬态非对称流场特征.研究者[22 ,35 ,36 ,50 ,100 ,107 ,108 ,160 ~164 ] 分别将LES模型与ICM或TFM耦合,获得了结晶器内的气液两相瞬态流动特征,如图14 [50 ] 所示,解决了以往湍流模型无法捕捉气相对液相造成的湍流脉动压力的难题,改善了局部湍流速度参数、气体流动速率、液体运动参数的预测精度,与实验测量结果吻合较好.但目前发展的所有亚格子模型均假定流动为湍流、充分发展和各向同性,不能适应强各向异性湍流的计算.而且在结晶器泡状流中,气泡的脉动运动会对高温熔体的湍流脉动产生影响(如气泡尾迹增大流体小尺度湍流),目前的亚格子模型中未考虑该项的作用.因此,在LES的应用中,适用于复杂各向异性的多相湍流的亚格子模型还有待于从机理上进行更深入的研究. ...