CSP工艺连铸热过程的数值模拟研究*(2008年)

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简介：
本文运用数值模拟方法对CSP工艺中的连铸热过程进行了深入研究，旨在优化生产工艺和提高产品质量。在CSP连铸工艺过程中，结晶器内的钢液凝固、二冷区的铸坯与喷淋水及轧辊之间的传热以及空冷区的铸坯冷却具有特定的特点。为此，我们采用了以下方法：首先建立了符合实际情况的等效比热模型；其次使用了基于实物实验数据得出的二冷区冷却公式；最后引入了一种能够准确表达结晶器内气隙传热特性的等效导热系数。通过这些手段，构建了一个能真实反映连铸过程中铸坯温度变化规律的数学模型。该模型的应用有助于提高产品质量和优化生产工艺流程，具有重要的实际意义。

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CSP工艺连铸热过程的数值模拟研究*(2008年)

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本文运用数值模拟方法对CSP工艺中的连铸热过程进行了深入研究，旨在优化生产工艺和提高产品质量。在CSP连铸工艺过程中，结晶器内的钢液凝固、二冷区的铸坯与喷淋水及轧辊之间的传热以及空冷区的铸坯冷却具有特定的特点。为此，我们采用了以下方法：首先建立了符合实际情况的等效比热模型；其次使用了基于实物实验数据得出的二冷区冷却公式；最后引入了一种能够准确表达结晶器内气隙传热特性的等效导热系数。通过这些手段，构建了一个能真实反映连铸过程中铸坯温度变化规律的数学模型。该模型的应用有助于提高产品质量和优化生产工艺流程，具有重要的实际意义。

高碳钢连铸坯凝固过程中溶质宏观偏析的数值模拟(2002年)

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本研究采用数值模拟方法探讨了高碳钢连铸坯在凝固过程中的溶质宏观偏析现象，旨在为改善材料质量提供理论依据。采用Fe-C二元合金体系的紊流、凝固传热及溶质传输三维耦合模型，研究了铸坯不同碳质量分数对凝固过程溶质分布的影响，并进行了数值模拟。在该过程中，柱状晶生长方式被假设为遵循局部热力学平衡。 ### 高碳钢连铸坯凝固过程中的溶质宏观偏析的数值模型 #### 一、研究背景与意义钢铁材料生产中广泛应用的一种重要方法是连铸技术，它将高温钢水直接冷却形成固体铸坯。然而，在这一过程中，溶质元素（如碳、磷和硫）会在铸坯内分布不均的现象称为偏析。这种现象不仅影响最终产品的性能，还可能导致一系列质量问题，例如缩孔和裂纹等。对于高碳钢而言，由于其在机械制造、工具制造等领域有广泛应用，并且对材料性能要求较高，因此该问题尤为重要。 #### 二、研究方法与模型构建 ##### 1. 模型概述本研究采用Fe-C合金体系建立三维耦合数学模型来模拟连铸坯凝固过程中的溶质分布。此模型考虑了紊流流动、传热以及溶质传输等多方面因素，并假设柱状晶生长方式遵循局部热力学平衡。 ##### 2. 数学模型为准确描述连铸坯在凝固过程中发生的宏观偏析现象，研究采用了以下数学方程组： - 连续性方程：用于表达质量守恒原理。 - 动量方程：考虑了液相与固相间的相互作用，并通过渗透率等参数进行表征。 - 低雷诺数紊流模型：描述流动中的湍流特性，包括湍动能k和耗散率ε的变化情况。 - 能量方程：解释热量传递过程，涵盖了固液相变中释放的潜热效应。 - 溶质传输方程：表明溶质元素在不同相态间的扩散行为。这些模型能够全面地反映连铸坯凝固过程中所涉及的各种物理现象。 #### 三、研究成果与分析通过数值模拟研究了不同碳含量钢种的特性，得出以下结论： 1. **凝固壳特征**：高碳钢相比低碳钢具有较薄的凝固壳以及更加平滑的等温曲线和更大的糊状区范围。 2. **溶质偏析程度**：随着碳质量分数增加，溶质偏析现象减轻。具体来说，含碳量较高的钢材表现出轻微的偏析情况，而低碳钢则存在较为严重的偏析问题。 3. **微观结构变化**：由于高碳钢凝固壳薄的缘故，其形成的微观组织比低碳钢更为精细。这些发现对于理解不同含量碳材料在连铸过程中的行为具有重要意义，并有助于优化生产工艺以减少不利影响。 #### 四、结论与展望本研究通过建立三维耦合模型成功地模拟了高碳钢连铸坯凝固过程中溶质分布情况。结果表明，相比低碳钢而言，高碳钢表现出不同的特征，尤其是凝固壳厚度和偏析程度方面。这些发现对指导实际生产中的优化工艺具有重要意义。未来的研究可以进一步探索多元素合金体系中溶质偏析现象，从而更全面地理解这一复杂过程。

深熔激光焊接中熔池温度场的数值模拟研究 (2008年)

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本文通过对深熔激光焊接过程中的熔池进行数值模拟，分析了焊接过程中温度场的变化情况。研究基于2008年的实验数据，为改进焊接工艺提供了理论依据。通过采用旋转GAUSS曲面体新型热源模型，并忽略深熔激光焊接过程中小孔对传热的影响，我们构建了在移动激光热源作用下的三维数学模型。利用PHOENICS3.4软件进行了模拟实验，研究了SUS304不锈钢的深熔激光焊接过程中的温度场以及熔池形状的变化情况。结果表明，在不同的焊接速度下可以得到相应的温度分布云图和“钉头”状的熔池形态，并且数值模拟的结果与实际试验数据基本一致。

采煤机齿轨铸件铸造工艺的模拟与创新设计

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本研究聚焦于通过计算机仿真技术优化和革新采煤机齿轨铸件的制造工艺，旨在提升生产效率及产品质量。针对采煤机齿轨在作业过程中常见的断裂、销孔破坏等问题，为了提高其铸件的力学性能并确保采煤工作的顺利进行，需要深入分析齿轨铸件的铸造过程，并寻找最优工艺方案。本段落以五节距齿轨为研究对象，利用ProCAST软件对其铸造过程进行了数值模拟。通过分析凝固过程和孤立液相区的结果，预测了缩松、缩孔等缺陷的位置。采用TRIZ理论对产生这些缺陷的原因进行因果分析后，提出了一种创新的解决工具——物-场模型，并据此提出了倾斜浇注工艺方案：一种是将模样水平放置并造型，在浇注时使型腔与砂箱同步倾斜；另一种则是保持直浇道竖直状态。通过ProCAST软件对这两种方案进行了模拟仿真，结果显示缺陷得到了较大改善。然而，第一种方案不利于开模造型，并增加了砂箱的高度；而第二种则可能因增加的冲刷作用导致夹砂问题。结合两种工艺的优点后，最终确定了优化后的倾斜浇注工艺：即在模样水平放置进行造型的同时，在浇注时使型腔与砂箱同步倾斜并保持直浇道竖直状态。通过ProCAST软件对这一优化方案进行了模拟仿真，结果显示该方法能够确保齿轨铸件在凝固过程中维持递增的温度梯度，有效促进其性能提升。

基于数值模拟的多孔介质对流干燥过程研究（2005年）

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本研究通过数值模拟方法探讨了在对流干燥过程中，多孔介质内部水分迁移规律及其影响因素，为优化干燥工艺提供理论依据。发表于2005年。为了研究含有水分的毛细孔介质在干燥过程中的相变现象，我们建立了一个描述传热与物质传输的数学模型。在这个模型里，通过残余饱和度将多孔材料区分为湿润区域和干燥区域，并且这两个区域通过一个动态边界——蒸发界面相互连接。运用有限差分法对一维条件下毛细孔介质的干燥过程进行了数值计算。结果表明，在干燥过程中存在等速与降速两个阶段之间的转换点，即干区；初期时多孔材料内部压力上升而温度下降，而在进入恒速干燥段后温度分布趋于稳定不变，在干区出现的时候再次升高。此外，当蒸发界面刚开始向介质内推进时速度较慢。然而在它推进到大约达到介质厚度的10%之后会经历一个转折点，并且随后其推进的速度将显著加快。

关于原油差温顺序输送管道温度场的数值模拟研究（2008年）

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本研究通过数值方法探讨了原油在差温顺序输送管道中的温度分布情况，旨在优化长距离输油过程中的能耗与效率。研究原油差温顺序输送管道的温度场对于优化设计及运行方案至关重要。此类管道中的温度分布与单种原油热油管道不同。我们构建了一个非稳态传热数学模型，并采用有限容积法结合热力特征线方法进行求解。通过使用国内某实际工程中采集的数据，验证了计算程序的准确性。由于输送过程中交替出现的不同种类原油及出站温度的变化，导致管内流体和土壤中的温度场呈现出周期性变化的特点。尽管不同位置处的温度变化具有相同的周期，但可能存在时间上的滞后现象。此外，在不同的停输时刻下，管道的安全停输时间也会有所不同。

2014年的多孔介质反应器数值模拟研究

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本研究聚焦于2014年在多孔介质反应器领域的数值模拟工作，探讨了流体流动、传热和化学反应等过程，为该领域提供了重要的理论支持与应用前景。利用专业的多物理场耦合软件（COMSOL Multiphysics）对多孔介质反应器模型内的不可压缩流场进行了仿真模拟。计算过程中采用了该软件中的自由流动、多孔介质流动以及稀物质传递的内置模块，从而获得了多孔介质反应器内各组分浓度分布、速度分布及压力分布的数据。此模型验证了在固定床反应器中自由和多孔介质流体之间的耦合关系，并通过后处理软件对计算结果进行了分析，为后续工业开发提供了理论依据。

混凝土三点弯曲梁的裂缝扩展及断裂过程数值模拟研究（2013年）

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本研究通过数值模拟方法探讨了混凝土三点弯曲梁在受力作用下的裂缝形成、扩展及其最终断裂的过程，旨在深入理解其力学性能和破坏机理。本段落基于Paris位移公式，并考虑裂缝黏聚力的作用，推导出了混凝土三点弯曲梁在裂缝扩展过程中断裂过程区上裂缝张开位移的解析表达式。通过采用起裂韧度作为判断标准，提出了荷载作用下混凝土从裂缝起裂、扩展到最终失稳破坏全过程的数值模拟方法，并将该方法与国内外相关试验实测值及有限元计算结果进行了比较分析。结果显示，本段落提出的数值模拟方法具有形式简洁且精度较高的特点。

2008年台风极值风速的数值模拟与分布模型分析

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本研究通过数值模拟方法探讨了2008年强台风期间极端风速特征，并建立了相应的统计分布模型，旨在评估其对沿海地区的影响及风险。为了克服台风统计样本不足的问题，以厦门为例，采用Batts风场模型，并利用Monte Carlo数值模拟方法来拟合最大风速的极值渐进分布。该方法与实际情况较为吻合。通过对比分析三种极值分布函数（包括极值Ⅰ型、Ⅱ型和反向威布尔分布）以及广义帕累托分布(GPD)的结果，发现100年重现期内极值Ⅲ型分布（即反向威布尔分布）最适合厦门地区的年最大风速拟合。相比之下，极值II型的偏差较大，并给出了不同重现期内最佳的极值风速估算值。

基于多目标遗传算法的热定型工艺参数优化研究 (2012年)

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本研究运用多目标遗传算法对热定型工艺进行优化，旨在探索最佳工艺参数组合，以提升材料性能和生产效率。发表于2012年。为了应对染整后整理过程中热定型工艺参数难以精确设定的问题，本研究将优化设计问题定义为一个目标函数：成品的门幅、克重与客户需求值之间的绝对误差最小化，并以温度、车速、超喂率和上机门幅作为优化变量。同时，根据实际情况中各变量的具体取值范围设立约束条件，构建了一个多目标优化模型。通过使用多目标遗传算法对这个模型进行分析，成功实现了热定型参数的精确定量设计。采用这种方法设定工艺参数后生产的弹力布成品，在克重和门幅方面与用户需求指标之间的偏差小于1%，能够满足实际生产的需求。