連鑄過(guò)程中,結(jié)晶器內(nèi)的流場(chǎng)分布決定著初生凝殼生長(zhǎng)、保護(hù)渣熔化、夾雜物上浮等冶金傳輸行為,研究考察結(jié)晶器內(nèi)的流動(dòng)與傳輸特點(diǎn),對(duì)于連鑄坯質(zhì)量控制具有重要意義。由格子氣自動(dòng)機(jī)(Lattice Gas Automation,LGA)發(fā)展而來(lái)的格子玻爾茲曼方法(Lattice Boltzmann Method,LBM)是一種介觀尺度的模擬方法,兼具宏觀尺度連續(xù)模型和微觀尺度分子動(dòng)力學(xué)的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)具有程序簡(jiǎn)單、邊界條件施加方便和易于并行化等優(yōu)勢(shì),在微觀和介觀尺度流動(dòng)問(wèn)題的模擬研究中得到了廣泛應(yīng)用,但目前將LBM應(yīng)用于連鑄領(lǐng)域的研究仍不多見(jiàn)。本文旨在開(kāi)發(fā)基于LBM的結(jié)晶器內(nèi)流動(dòng)行為數(shù)值計(jì)算方法,嘗試構(gòu)建結(jié)晶器內(nèi)流動(dòng)過(guò)程的LBM計(jì)算模型,開(kāi)發(fā)專用數(shù)值計(jì)算程序,對(duì)LBM計(jì)算連鑄鋼液流動(dòng)行為的適用性和可行性進(jìn)行探討。首先,解析和推導(dǎo)了格子玻爾茲曼方程的建立過(guò)程,闡述常見(jiàn)LBM模型與邊界條件的處理方法,選擇并確定了DDF-LBE計(jì)算模型對(duì)流動(dòng)過(guò)程建模,編制和開(kāi)發(fā)相應(yīng)的計(jì)算程序,對(duì)頂蓋驅(qū)動(dòng)流、泊肅葉流兩個(gè)經(jīng)典的流動(dòng)算例進(jìn)行計(jì)算,獲得流動(dòng)與溫度的分布特征并與已有研究結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,以驗(yàn)證模型與計(jì)算程序的正確性。以此...

【文章頁(yè)數(shù)】：71 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 結(jié)晶器內(nèi)的傳輸行為
        1.1.1 結(jié)晶器內(nèi)的鋼液流動(dòng)
        1.1.2 結(jié)晶器內(nèi)的傳熱過(guò)程
        1.1.3 流動(dòng)對(duì)連鑄坯質(zhì)量的影響
    1.2 流動(dòng)計(jì)算方法概述
    1.3 格子玻爾茲曼方法
        1.3.1 格子玻爾茲曼方法概述
        1.3.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.3.3 格子玻爾茲曼方法在連鑄領(lǐng)域的應(yīng)用
    1.4 本文研究?jī)?nèi)容
2 格子玻爾茲曼方法的理論基礎(chǔ)
    2.1 格子玻爾茲曼方法的統(tǒng)計(jì)原理
        2.1.1 玻爾茲曼方程
        2.1.2 麥克斯韋-玻爾茲曼分布
        2.1.3 BGK近似
    2.2 玻爾茲曼方程的離散化
        2.2.1 格子玻爾茲曼方程
        2.2.2 格子玻爾茲曼方法的基本模型
        2.2.3 從格子玻爾茲曼模型還原N-S方程
    2.3 格子玻爾茲曼方法邊界條件
        2.3.1 啟發(fā)式格式
        2.3.2 動(dòng)力學(xué)格式
        2.3.3 外推格式
    2.4 本章小結(jié)
3 基于LBM的結(jié)晶器流動(dòng)模型構(gòu)建與算例驗(yàn)證
    3.1 問(wèn)題描述及控制方程
        3.1.1 結(jié)晶器鋼液流動(dòng)物理模型
        3.1.2 DDF-LBE模型求解流動(dòng)問(wèn)題
        3.1.3 格子玻爾茲曼算法及計(jì)算流程
    3.2 相似原理
        3.2.1 相似準(zhǔn)數(shù)的確定
        3.2.2 計(jì)算參數(shù)的無(wú)量綱化
    3.3 模型算例計(jì)算與驗(yàn)證
        3.3.1 頂蓋驅(qū)動(dòng)流模型
        3.3.2 泊肅葉流模型
    3.4 本章小結(jié)
4 基于LBM的方坯結(jié)晶器鋼液流場(chǎng)模擬及結(jié)果討論
    4.1 結(jié)晶器參數(shù)及工藝條件
    4.2 不同雷諾數(shù)對(duì)鋼液流場(chǎng)的影響
    4.3 鋼液流場(chǎng)分布的基本特征
    4.4 拉速對(duì)鋼液流動(dòng)的影響
        4.4.1 流場(chǎng)與速度矢量分布
        4.4.2 沖擊深度
    4.5 水口浸入深度對(duì)鋼液流動(dòng)的影響
        4.5.1 主回流區(qū)與沖擊深度
        4.5.2 上回流區(qū)與液面波動(dòng)
    4.6 鑄坯斷面尺寸對(duì)鋼液流動(dòng)的影響
        4.6.1 流場(chǎng)與速度矢量分布
        4.6.2 渦心位置與沖擊深度
    4.7 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
致謝



本文編號(hào)：4045912