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单个气泡在液态金属搅拌流场中运动与变形的数值模拟

专 业: 工程热物理
关键词: 气液两相流 搅拌箱 多重参考系 泡沫金属 液态金属 搅拌流场
分类号: TG211
形 态: 共 66 页 约 43,230 个字 约 2.068 M内容
阅 读: 全文阅读说明

内容摘要


本文用“准三维”数值模拟方法研究吹气发泡法制备泡沫铝的过程中,单个气泡在铝熔液搅拌流场中的运动与变形。

搅拌流场的模拟,采用多重参考系Multiple ReferenceFrame法和标准κ-ε模型进行三维模拟。

气泡运动和变形的模拟,在根据三维流场的计算结果简化出的“准三维”模型中进行。

应用VOFVolume ofFluid方法对气液之间的界面进行追踪,应用CSFContinuum Surfacetension模型考虑表面张力的影响。

通过改变过程参数和物性参数,对多个气泡的运动和变形过程进行了计算。

归纳总结出了有关气泡在搅拌流场中的运动、变形和分裂的若干规律,并且分析比较了各参数对流场和气泡运动变形的影响。

通过计算得出以下结论:

气泡一般沿着液体流场中大涡之间的主流线运动;在速度迅速增大或压力迅速减小的地方,气泡容易被剪切破碎。

在过程参数中,搅拌转速增大可加速气泡运动变形;气泡的初始速度对气泡运动变形影响不明显;增大气泡直径,一方面大气泡更容易变形,另一方面气泡受到的压力梯度力也增大,两方面共同影响气泡的运动与变形;气泡的初始位置决定了气泡将与流场中哪一部分液体发生相互作用,从而直接影响气泡的运动和变形。

在物性参数中,当表面张力作用越强,惯性力越小,亦即Weber数越小时,气泡越不容易变形;流场中液体的粘度越大,流动越缓慢,气泡越不容易变形破碎..……

全文目录


文摘
英文文摘
1绪论
1.1课题背景及意义
1.2泡沫金属的研究现状
1.3吹气法制取泡沫铝
1.4气泡-液体两相流的研究现状
1.5本文研究内容
2搅拌箱中气泡—熔体两相流的数值模拟方法
2.1 CFD基本原理
2.2模拟搅拌箱中流场的数值方法
2.3运动界面追踪方法
2.4搅拌箱中气泡-熔体两相流的数学模型
2.4.1桨叶区的处理方——MRF模型
2.4.2追踪气液界面的VOF模型
2.4.3计算表面张力的CSF模型
2.4.4简化三维流场的准三维模型
2.5计算域与方程的离散
2.5.1离散化概述
2.5.2有限体积法简介
2.5.3控制方程的离散
2.6压力速度耦合关系的处理
2.6.1 SIMPLE系列算法
2.6.2 PISO算法
2.7 FLUENT软件简介
3搅拌箱中气泡-熔体两相流的数值模拟
3.1铝熔体在搅拌箱中流动的数值模拟
3.1.1计算域
3.1.2边界条件
3.1.3网格划分
3.1.4湍流模型
3.2单个气泡在铝熔体中运动与变形的数值模拟
3.2.1控制方程
3.2.2边界条件
3.2.3网格划分
4计算结果及影响因素分析
4.1三维模型计算的单相流场
4.2准三维模型的初始流场
4.3气泡的运动轨迹
4.4气泡的变形与破碎
4.5过程参数对气泡运动和变形的影响
4.5.1转速对气泡运动和变形的影响
4.5.2气泡初始位置对气泡运动和变形的影响
4.5.3气泡初始速度对气泡运动和变形的影响
4.5.4气泡尺寸对气泡运动和变形的影响
4.6物性对气泡运动和变形的影响
4.6.1表面张力对气泡运动和变形的影响
4.6.2液体粘度对气泡运动和变形的影响
5结论与展望
5.1主要工作
5.2主要结论
5.3展望未来
参考文献

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中图分类: > TG211 > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 铸造 > 铸造理论 > 液态金属充型

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