冶金過程數(shù)值模擬基礎(chǔ)

本書分上、下兩篇。上篇介紹計算流體力學(xué)基礎(chǔ)理論和工程軟件的使用，包括計算流體力學(xué)基礎(chǔ)、數(shù)值計算方法和程序設(shè)計、冶金過程實(shí)驗(yàn)研究和CFD通用工程軟件的應(yīng)用等內(nèi)容;下篇為數(shù)值模擬技術(shù)在冶金過程分析中的應(yīng)用實(shí)例, 主要包括對吹氬鋼包內(nèi)的流動與混合過程、連鑄和中間包內(nèi)的流動過程、幾種熱工裝置內(nèi)的流動和換熱過程、高溫低氧空氣燃燒過程以及冶金反應(yīng)器內(nèi)一些單元過程和現(xiàn)象等的數(shù)值模擬分析。

上篇:計算流體力學(xué)的基礎(chǔ)和方法

1 緒論

1.1 現(xiàn)代冶金工藝流程及研究方法的發(fā)展

1.2 冶金中流體流動現(xiàn)象

1.3 冶金過程分析中計算流體力學(xué)研究方法的發(fā)展

參考文獻(xiàn)

2 計算流體力學(xué)基礎(chǔ)

2.1 流體的物理性質(zhì)

2.1.1 密度

2.1.2 壓縮性

2.1.3 黏性

2.1.4 導(dǎo)熱性和導(dǎo)熱系數(shù)

2.1.5 擴(kuò)散性與擴(kuò)散系數(shù)

2.1.6 表面張力

2.2 基本物理定律

2.2.1 質(zhì)量守恒定律

2.2.2牛頓第二運(yùn)動定律

2.2.3 熱力學(xué)第一定律

2.3 流體運(yùn)動的基本方程

2.3.1 Navier-Stokes方程

2.3.2 流函數(shù)方程和渦量方程

2.3.3 壓強(qiáng)泊松方程

2.3.4 歐拉方程

2.4 流體流動控制方程

參考文獻(xiàn)

3 數(shù)值計算方法和計算程序設(shè)計

3.1 數(shù)學(xué)模型的建立方法

3.1.1 準(zhǔn)備

3.1.2 數(shù)學(xué)?；?/p>

3.2 冶金過程傳輸現(xiàn)象的數(shù)學(xué)描述

3.2.1 湍流流動的數(shù)學(xué)描述

3.2.2 湍流模型

3.2.3 壁面函數(shù)

3.3 描述冶金傳輸過程的基本方程

3.4 基本方程的離散化方法

3.4.1 基本方程的類型

3.4.2 空間領(lǐng)域的離散化方法

3.4.3 有限差分離散方程的建立方法

3.5 流場的計算方法

3.5.1 流場計算的困難和方法

3.5.2 交錯網(wǎng)格

3.5.3 二維柱坐標(biāo)系下基本方程的離散化

3.5.4 SIMPLE和SIMPLER算法

3.6 邊界條件

3.6.1 熔池表面

3.6.2 固體壁面

3.6.3 對稱面

3.6.4 兩相區(qū)域

3.7 流場計算程序設(shè)計

3.7.1 計算程序框圖

3.7.2 計算程序中的變量及符號說明

3.7.3 計算鋼包中心底吹氬二維流場主程序

3.7.4 計算網(wǎng)格生成子程序

3.7.5 計算有效黏度子程序

3.7.6 賦常數(shù)和初值子程序

3.7.7 動量方程(u分量)計算子程序

3.7.8 動量方程(v分量)計算子程序

3.7.9 速度校正子程序

3.7.10 計算ε方程子程序

3.7.11 計算κ方程子程序

3.7.12 計算ε和κ方程系數(shù)的子程序

3.7.13 計算對流擴(kuò)散項系數(shù)(乘方格式)的子程序

3.7.14 壓力校正方程子程序

3.7.15 計算壓力方程的子程序

3.7.16 計算壓力和壓力校正方程系數(shù)的子程序

3.7.17 計算區(qū)域氣體分率和流體密度的子程序

3.7.18輸出結(jié)果處理子程序

參考文獻(xiàn)

4 冶金過程的實(shí)驗(yàn)研究

4.1 概述

4.2 實(shí)物內(nèi)的直接測定

4.3 物理模擬

4.4 冶金中單元過程和現(xiàn)象的研究

4.4.1 金屬熔池中浸入式側(cè)吹射流的研究

4.4.2 噴吹鋼包中流體流動和混合現(xiàn)象的研究

4.4.3 噴吹鋼包中渣鋼界面卷混現(xiàn)象的研究

4.4.4 中間包非等溫流動的研究

參考文獻(xiàn)

5 CFD工程軟件簡介及應(yīng)用

5.1 概述

5.1.1 cFD與其他過程模擬工具的關(guān)系

5.1.2 cFD工程應(yīng)用的發(fā)展

5.2 CFD商業(yè)軟件介紹

5.2.1 CFD通用商業(yè)軟件的主要特點(diǎn)

5.2.2 CFD通用商業(yè)軟件簡介

5.2.3 CFD商業(yè)軟件的求解過程

5.2.4 CFD的應(yīng)用技巧

5.3 幾何造型與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

5.3.1 幾何模型簡介

5.3.2 坐標(biāo)體系與有限差分網(wǎng)格

5.3.3 多塊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

5.3.4 多塊結(jié)構(gòu)

5.3.5 貼體坐標(biāo)

5.4 幾何

5.4.1 坐標(biāo)變換

5.4.2 網(wǎng)格結(jié)構(gòu)

5.4.3 非相配的網(wǎng)格界面

5.4.4 梯度離散

5.5 CFD工程軟件的商業(yè)應(yīng)用圖例

參考文獻(xiàn)

下篇:數(shù)值模擬分析方法的應(yīng)用

6 吹氬鋼包內(nèi)鋼液循環(huán)流動和混合過程的數(shù)值計算

6.1 吹氣攪拌熔池內(nèi)軸對稱循環(huán)流速度場的計算(Ⅰ)--流場的物理模型及數(shù)模邊界條件的確定

6.2 吹氣攪拌熔池內(nèi)軸對稱循環(huán)流速度場的計算(Ⅱ)--數(shù)學(xué)模型及其應(yīng)用

6.3 吹氬鋼包內(nèi)三維流動和混合現(xiàn)象的數(shù)值模擬

6.4 冶金反應(yīng)器內(nèi)三維流動模擬計算軟件及應(yīng)用

6.5 柱坐標(biāo)系下圓筒形反應(yīng)器內(nèi)三維湍流流動的數(shù)值模擬

6.6 ANS-0B鋼包內(nèi)鋼液流動現(xiàn)象的數(shù)學(xué)物理模擬

6.7 CAS-OB過程熔池傳熱規(guī)律的模擬研究

7 連鑄及中間包內(nèi)冶金過程的數(shù)學(xué)模型分析

7.1 耦合流動和凝固過程連鑄結(jié)晶器內(nèi)數(shù)學(xué)模型的建立

7.2 板坯連鑄結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動過程的模擬仿真

7.3 連鑄中間包內(nèi)三維流動的數(shù)學(xué)模擬

7.4 中問包內(nèi)鋼液流動、溫度控制和夾雜物行為的數(shù)學(xué)模擬

7.5 鋼液密度對板坯中問包流場影響的數(shù)學(xué)模型

7.6 連鑄中間包內(nèi)鋼液流動的數(shù)學(xué)模型

7.7 CFD技術(shù)在分析連鑄中間包中冶金過程的應(yīng)用

7.8 梅鋼40t板坯中間包的工業(yè)試驗(yàn)與仿真分析

7.9 底吹氣連鑄中間包內(nèi)氣液兩相流的數(shù)值模擬

8 幾種熱工裝置及過程的數(shù)學(xué)模擬分析

8.1 轉(zhuǎn)爐型熔融還原反應(yīng)器內(nèi)二次燃燒現(xiàn)象物理和數(shù)學(xué)模型研究

8.2 U型蓄熱式輻射管表面溫度分布數(shù)值模擬研究

8.3 鍋爐煙氣走廊三維流動特性數(shù)值計算

8.4 離心通風(fēng)機(jī)內(nèi)部流場三維瞬態(tài)計算

8.5 雙級旋風(fēng)分離器特性的計算機(jī)預(yù)報

9 高溫低氧空氣燃燒過程的數(shù)值模擬

9.1 高溫空氣燃燒及換向過程中火焰結(jié)構(gòu)和爐內(nèi)燃燒產(chǎn)物流動狀態(tài)的數(shù)值模擬

9.2 蜂窩陶瓷蓄熱體格孔壁面應(yīng)力變化特性的數(shù)值研究

9.3 蓄熱式加熱爐內(nèi)流體流動、燃燒與傳熱的數(shù)值模擬

9.4 蓄熱式鋼包烘烤器鋼包內(nèi)襯溫度分布數(shù)值分析

9.5 蓄熱式鋼包烘烤過程中鋼包內(nèi)高溫低氧特性數(shù)值模擬

10 冶金單元過程和現(xiàn)象的數(shù)值模擬

10.1 回轉(zhuǎn)窯過程的數(shù)學(xué)模型及應(yīng)用

10.2 鋼液中喂入鋁線升溫熔化過程的數(shù)學(xué)模擬

lO.3 熔渣中加入鉻礦球團(tuán)初期熔融現(xiàn)象的研究

10.4 氣粉流噴吹熔池的通用數(shù)學(xué)模型

10.5 熔池浸入式側(cè)吹下氣液兩相流流動狀態(tài)的三維數(shù)值計算