铝液浇注泄漏过程的数值模拟研究

来源 :东北大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lvlianpeng2009
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基于目前铝电解工业在生产过程中出现的高温熔融铝液与水接触发生的剧烈爆炸、且尚无高温熔融金属与水接触爆炸的预防预警技术和装备等问题。文章对铝液浇注过程中发生的泄漏和流淌进行数值模拟,旨在为高温熔融金属与水接触爆炸的预警技术和装备开发提供技术支持,实现铝电解工业安全生产。以太原东铝铝业有限公司铸造车间的铝液浇注过程为原型,采用ICEM构建3D几何模型,使用Fluent软件对铝液浇注泄漏过程进行数值模拟。首先通过VOF等模型进行模拟计算,得到在不同混合炉出口半径和混合炉铝液高度条件下铝液浇注过程中铝液在溜槽中流动的流场和温度场。混合炉出口质量流量从10.77kg/s(R=0.04m,H=1.0m)增大到 81.04kg/s(R=0.08m,H=1.3m)。即使混合炉出 口因意外而增大(R=0.06m,R=0.08m),铝液浇注过程也不会发生铝液溢流泄漏事故;相较于初始温度750℃,高温熔融铝液在溜槽中的流动,温度最小降低3℃(R=0.08m,H=1.3m),最大降低 40℃(R=0.04m,H=1.0m)。基于上述铝液浇注过程中流场和温度场的计算结果,仍以太原东铝铝业有限公司铸造车间的铝液浇注过程为对象,进行铝液溢流泄漏模拟。在长溜槽中加满铝液并且关闭溜槽铝液出口使铝液浇注过程发生铝液溢流泄漏。铝液的溢流泄漏形态为长溜槽左端(初始端)的铝液最先开始发生泄漏,由于从短溜槽流过来的铝液的冲击作用使长溜槽中铝液以“波浪”形式向右涌动,长溜槽右端(末端)开始逐渐发生泄漏。长溜槽左右两端铝液存在泄漏的时间差,导致泄漏铝液在地面上的漫延呈现“左宽右窄的长条状”分布。研究获得不同条件下单位时间内泄漏铝液在地面上的漫延面积大小,单位时间漫延面积从0.34m2/s(R=0.04m,H=1.0m)增大到0.68m2/s(R=0.08m,H=1.3m)。当铝液发生溢流泄漏,在混合炉出口半径相同时,单位时间泄漏量随着铝液高度的增大而增大。在不同条件下,单位时间泄漏量从3.44kg/s(R=0.04,H=1.0)增大到66.97kg/s(R=0.08m,H=1.3m)。
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