基于有限元理论对中间包流场和温度场的模拟.docVIP

基于有限元理论对六流中间包流场的模拟研究 高耀东1 徐海涛1 许福元1 刘青刘2 张福宽1 （1. 内蒙古科技大学，内蒙古 包头 014010；2.河北工程大学，河北 邯郸 056038） 摘 要: 本文运用有限元软件件，建立了中间包有限元模型。在不同控制装置下，计算得出了六流中间包的流场。通过分析比较，得出有控制装置的合理性。 关键词: 有限元，流场，模拟 中图分类号：TF77 文献标识码：A Based On The Finite Element Theory Of FlowField Simulation GAO Yao-dong1 XU Hai-tao1 XU Fu-yuan LIU Qing-liu2 ZHANG Fu-kuan1 (1. Inner Mongolia University of Science and Technology, Inner Mongolia BaoTou 014010 2. Hebei University of Engineering,HeBei HanDan 056038) Abstract: The finite element model was established by using finite element analysia software,.The six stream was calculated flow field in different flow control devices tundish。By analysis and comparison, a control device obtained reasonable. Key words: finite element ，flow field ， simulation 1 前言 随着炼钢技术的不断发展，对连铸钢的清洁度和铸坯质量的要求也越来越高。中间包内钢液的流动状态，对延长钢水在中间包内的停留时间，减少卷渣和改善夹杂物的上浮去除有重要作用，直接影响着连铸坯的质量。因此，对中间包内钢液的流场和温度场进行研究和分析，保证钢液流动状态的合理性具有相当重要的理论和实际意义。 本文以某钢厂连铸六流中间包为研究对象，采用数学模拟的研究方法，运用大型通用有限元分析软件ANSYS12.0，建立了中间包有限元模型。 2 有限元模型 研究对象为六流板坯连铸中间包,其主要物理参数为:长度6 m,宽度1.2 m,自由表面高度1·20 m,入口直径100 mm,出口直径20 mm,湍流抑制器置于钢包注流冲击点处。入口处钢液流速0..015 m/s,出口处钢液流速0.003 m/s。设定钢水表面为滑移壁面，其余壁面均为无滑移壁面，出口为静压力出口。在模拟温度场时，假设钢包钢水以恒温注人到中间包内。在浇铸过程中，中间包壁和表面覆盖剂的热辐射视为稳定态。当钢水流动的过场中，六流中间包纵向包壁、横向包壁、底面及表面渣层的热损失分别为3. 2 kJ/(、·m2 ) , 3. 8 kJ/(、·mz}m、1. 4 kJ/(、·mz}m和15 kJ/ (s·mzm。当速度和温度的计算残差均小于10-3时认为达到收敛状态。六流中间包以及钢水结构示意图见图1和图2。 图1 六流中间包的实体模型 图2 钢水模型 3 六流中间包流场的模拟 图3,4是中间包在无挡墙和有挡墙2种情况下典型位置截面的流场，计算结果表明：加挡墙后，液面处的速度增加明显，加挡墙改变了流动的状态。从图4看出，挡墙明显改变了钢水的流动路径，钢水在入口浇进中间包后，碰到挡墙的阻隔，形成一个大的自下而上的漩涡，带动钢水从挡墙上方通过，通过挡墙后一部分钢水水平流动，另一部分又形成漩涡不断向前滚动。由计算可知挡墙把整个中间包分为两部分：靠近中间包底部的湍流区，接近液面处的近似于平稳的层流区。下部的局部强湍流有利于钢水温度与成份均匀化、夹杂物聚合长大，防止其自由扩散，从而有利于大型夹杂物上浮；平稳的层流区域有利于小尺度夹杂物的上浮。 图3（a）无挡板 图3(b) 无挡板 图4（a） 有挡板 图4（b） 有挡板 4 结论 (1)中间包没有控流装置是不合理，柱流区流速大且紊乱，钢水在中间包内流动路径短，造成停留时间不足，这些都不利于夹杂的充分上浮去除，表面波动又容易引起卷渣，不利于提高铸坯质量。 (2)中间包安装控流装置后，钢水的流动状态显著改善，钢水在包内有足够的停留时间，且与表面覆盖剂的接触几率增加，提高了夹杂物去除率。 参考文献： [1]傅德薰.流体力学数值模拟[M].北京：国防工业出版社，1993. [2]王彪，钟良才，朱英雄.连铸中间包控流装置模拟优化研究.东北大学，2003，:23一「3」殷宝言.高效连铸的相关技术一中间包