广义流体的概念在金属流动凝固传热分析模型中的应用.pdfVIP

0Cl一 ／岁计 算 物理 第16卷摹4期 CHINESEJOURNAL OFCOMPUTATIONAL PHYSICS VoI_l6．No4 t999年 7月 ]uI．1999 广义流体的概念在金属流动凝固传热 分析模型中的应用 金珠梅赫冀成V邸洪双 7q／／／fl／ 北太 楠 佃触鲢成㈣ 丁 ／『 摘 要 应用广义流体的概念，以双辊连续铸轧工艺中金属流动凝固传热现象为例．将撂池内三 ， 种状态 (演相、固相和 固演两相)金属流动传热过程用统一 的控制方程描述。典型算倒表 明：熔池 内存在大面积的环形流动区域，环形流动产生的搅拌效应，可以促进熔池内锕水温度与化学成分 的均 化 ．提 高 薄带 的后量 导 后 ．计 算结 果 与理 甘 析 行 了 比较 谚 计 算恩 挹 还 可 廊 用于 冶 台 、 石油工程等涉及流动凝 固传热耦舍 问题 的数值模拟研究中。 ’ 关键调 数值模拟 广义流体 流动 凝固传热 中圈分 。。 4 r— ：；订 ～ 锅 ；钸 0 引 言 当今世界钢铁工业 中．近终形连铸技术、高速连铸技术、连铸连轧技术等若干新技术以其 高生产效率、高产品质量、高节能效果引起了世界冶金工业的广泛重视 【1】。实现这些新技术 走向工业化生产的关键 问题之一．是有效地控制合金的凝 固过程 。该过程是在高温、快速下完 成的，如果只依靠物理实验来摸清工艺参数对其影响规律．除了需要大量的人力、物力外，还需 要高精度的检测设备。在现有条件下要做到这一点 尚有很大的难度，因此数值模拟方法在此 研究工作中便 占有独特的、重要的地位。 在各种形式的连铸连轧工艺中共 同存在的物理现象就是金属流动的同时伴有凝 固传热现 象发生．即流动区域 内存在着固相和液相两个区域．对于合金来讲，还存在很宽的固液共存区， 也称糊状区。此外，固相区与糊状区的界面位置、糊状区与液相 区的界面位置均 由多项工艺过 程参数所决定，无法事先给定。因此分别对这三种 区域建立流动模型将给数值模拟带来很大 困难 。如果能用统一形式的方程来描述这三种区域 内的流动过程，必然使 问题大为简化。应 用广义流体的概念可 以使这种思想得 以实现。 本文从这一思想出发，以双辊法连续铸轧合金钢为侧 ，对熔池 内金属的流动和凝固传热过 程进行了数值模拟，获得了较为满意的计算结果。 1 物理模型与控制方程 1．1 物理模型 双辊液态铸轧工艺见示意图 1双辊液态铸轧过程 中，两铸辊 以相反的方 向、相 同角速度 收稿 日期 l998—03—17；修 回日期：1999．02—04 盘珠梅 女 35 副教授 博士研究生 东北大学热能工程系 11001}6 410 计 算 物 理 第 l6卷 逆 向旋转．熔融金属从中间包出来，经过一个水 口进入双 辊间形成的熔池，从入 口截面流动到辊缝最 窄截面过程 能 金 量 属 中将热量传给 内部靠水冷却的铸辊，发生凝固现象，在铸 方 粘 辊表面形成薄带。因扁嘴 口的宽度几乎和铸辊的长度相 程 度 的 同，并在侧封板上采取了绝热措旌，故忽略边缘效应，可 取 疽 将问题简化为二维处理，计算在垂直铸辊轴线的二维平