石钢钢包及中间包的水模型实验研究报告@.ppt

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1、钢包及中间包的水模型实验研究报告北京科技大学石家庄钢铁股份有限责任公司2007.12.13石家庄钢铁股份有限责任公司提纲椭圆包圆台包3号中间包0号中间包2号中间包椭圆包1.原理—相似原理几何相似：1：2动力相似（修正弗路德准数相等）其中：谐时性准数及准数方程通过因次分析，应用相似理论中定理，可以得到下列各量纲一的数之间的函数关系：H0称为谐时性准数，表示不稳定流动流速和时间关系，代表流体流动的不稳定程度，是一个时间变量。其中：2.实验设计评价指标：混匀时间（与比搅拌能关系）实验因子和水平：W吹气孔位置:8水平（单孔五种：双孔三种）Fr’修正弗路德准数：4水平H/D径深比：

2、4水平气液密度比:2水平各吹气孔在包底的位置吹位位置说明1①单孔，距长轴中心1/2R2②单孔，距长轴中心0.618R3③单孔，距短轴中心1/2R4④单孔，距中心0.48R，与长轴呈45°5⑤单孔，距中心0.618R，与长轴呈45°6②+⑥双孔，长轴0.618R+0.618R，180°7⑦+⑧双孔，短轴0.618R+0.618R，180°8⑤+⑨双孔，长短轴角平分线0.618R+0.618R，180°水模型实验装置示意图实验方案按正交表安排实验方案实验方案表省略全因子实验次数：8*4*4*2*2＝512实际安排次数：32*2＝643.实验结果实验号混匀时间s实验号混匀时间s

3、实验号混匀时间s实验号混匀时间s1859781710125113255104618572678359116119632768451126220502848510113962110929125666146122753063762156523473148855165224493246准数方程将实验结果计算出方程中的各项参数及各准数值，进行多元强迫回归分析，得出水模型吹气的准数方程：描述水模型中完全混匀时间的参数方程为：混匀时间与吹位关系图各因素对谐时性准数H0的影响吹位修正弗路德准数径深比密度比4.数值模拟对水模拟实验结果的描述采用ANSYSCFX11.0对椭圆型LF钢包内液

4、体流场进行数值模拟分析，得到不同工况下的速度矢量图和速度云图，对原型和最优方案（单孔短轴1/2R处）进行比较。速度矢量图原型优化方案速度云图原型优化方案圆台包根据相似原理建立模型，参数推导同椭圆包，按正交表安排实验方案，实验方案表略。实验方案按正交表安排实验方案实验方案表省略全因子实验次数：8*4*4*2*2＝512实际安排次数：32*2＝64实验设计评价指标：混匀时间（与比搅拌能关系）实验因子和水平：W吹气孔位置:8水平（单孔四种：双孔四种）Fr’修正弗路德准数：4水平H/D径深比：4水平气液密度比:2水平各吹气孔在包底的具体位置1①单孔，R/32②单孔，R/23③单孔

5、，2R/34④单孔，原型，2R/55②+⑤双孔，R/2+R/2，180°6③+⑥双孔，2R/3+2R/3，180°7③+⑦双孔，2R/3+2R/3，135°8④+⑧原型，双孔，2R/5+2R/5，135°谐时性准数方程通过强迫回归得到谐时性准数方程描述水模型中完全混匀时间的参数方程为：混匀时间与吹位关系图混匀时间与流量的关系图t与熔池深度的指数关系图t与密度的指数关系图速度矢量图原型优化方案速度云图原型优化方案3号中间包1.相似原理几何相似：1：2.5动力相似（原型与模型弗路德准数相等）其中：实验方法刺激响应法（脉冲响应）在中间包注流处输入一个刺激信号（示踪剂采用饱和氯化

6、钾溶液），然后在中间包出口处测量该输入信号（电导率）的输出，即所谓的响应，从响应曲线（RTD曲线）得到流体在中间包内的停留时间分布。水模型实验装置示意图脉冲响应(RTD)曲线图流场显示采用墨水做示踪剂，进行录像，对典型流场进行直观的分析比较。2.实验设计实验评价指标：滞止时间（各流滞止时间的平均值大，分布均匀）平均停留时间（平均停留时间长，分布均匀）峰值时间（参考）因子及水平：挡墙类型2水平：原型挡墙（Y）；V形挡墙(V)导流孔孔径3水平：41.6（0.8d）；52（原d）；62.4（1.2d）流量2水平：Q1（250L/h）;Q2（330L/h）实验重复一次，全因子实验

7、次数：2*3*2*2＝243.实验方案3号中间包实验序号墙类型孔径mm流量L/h实验记录1Y1042502Y1043303Y1302504Y1303305Y1562506Y1563307V1042508V1043309V13025010V13033011V15625012V1563304.实验结果原型V型理论停留时间的计算其中：V：中间包有效容积；Q：中间包体积流量；4.数值模拟数值模拟方案同水模，由ANSYSCFX的后处理POST模快对实验结果进行后处理，得到原型与最优方案的速度矢量图。原型V型0号中间包实验设计因子及水平：