真空熔炼速凝炉浇注过程流动特性研究

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计算流体力学是一门新兴学科,是通过数值求解复杂的流场模型,以获得各种条件下流动的数据和作用在扰流物体上的力、力矩、流动图像和热量等。以计算流体力学为学科基础的CFD仿真技术已经有强大的模拟能力,已覆盖了冶金,航空,造船广大工程领域。随着空气动力学及CFD仿真能力的不断进步,科研人员经过几十年的的不懈努力,对于湍流模型的研究取得了很大的进展。在流场内的各种物理参数(速度、压力、温度等)随时间与空间发生变化情况,CFD仿真软件都能够真实的还原出来。本文以真空熔炼速凝炉为研究对象,建立了真空熔炼速凝炉流场的三维模型。在不影响计算模拟结果,并使模型尽量与实际工作情况一致的前提下,对模型进行了一定程度的简化处理,以提高网格质量和模型计算速度,包含坩埚腔体、坩埚出口流槽、中间动网格压缩区、中间包及浇注流槽和出口导流通道五个部分。本文是用ICEM CFD对几何模型进行网格划分,CFX对流场进行数值模拟,比较了不同倾倒曲线、不同位置和不同时刻的模拟结果。钕铁硼熔体在真空熔炼速凝炉里的流动是一个复杂的过程,由浇口流出的熔体并不能直接流入中间包下方的腔体,而是要在腔体壁面上进行反弹,这期间的质量流量会产生变化,所以仅考虑恒流量浇铸,还并不能完全解决水冷铜辊上均匀结晶问题,还需要对流场分布进行分析研究,也就是分析钕铁硼熔体在流槽中的流动状态。当中间包下方腔体内熔体较多时,侧端面附近熔体布流较均匀;当中间包下方腔体内熔体较少时,侧端面附近熔体布流较不均匀,并且呈现出中间部位比较厚、两端部位比较薄的趋势。熔体在腔体内的流动很不稳定。当截面距离侧端面的距离超过10mm时,熔体才能获得较稳定的流动状态,即水冷铜棍与侧端面的距离应该超过10mm。本文所采用数值模拟方法可以应用到工程实际中,为真空熔炼速凝炉设计提供一种重要的分析手段。
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