冶金过程数值模拟基础

本书分上、下两篇。上篇介绍计算流体力学基础理论和工程软件的使用，包括计算流体力学基础、数值计算方法和程序设计、冶金过程实验研究和CFD通用工程软件的应用等内容;下篇为数值模拟技术在冶金过程分析中的应用实例, 主要包括对吹氩钢包内的流动与混合过程、连铸和中间包内的流动过程、几种热工装置内的流动和换热过程、高温低氧空气燃烧过程以及冶金反应器内一些单元过程和现象等的数值模拟分析。

上篇:计算流体力学的基础和方法

1 绪论

1.1 现代冶金工艺流程及研究方法的发展

1.2 冶金中流体流动现象

1.3 冶金过程分析中计算流体力学研究方法的发展

参考文献

2 计算流体力学基础

2.1 流体的物理性质

2.1.1 密度

2.1.2 压缩性

2.1.3 黏性

2.1.4 导热性和导热系数

2.1.5 扩散性与扩散系数

2.1.6 表面张力

2.2 基本物理定律

2.2.1 质量守恒定律

2.2.2牛顿第二运动定律

2.2.3 热力学第一定律

2.3 流体运动的基本方程

2.3.1 Navier-Stokes方程

2.3.2 流函数方程和涡量方程

2.3.3 压强泊松方程

2.3.4 欧拉方程

2.4 流体流动控制方程

参考文献

3 数值计算方法和计算程序设计

3.1 数学模型的建立方法

3.1.1 准备

3.1.2 数学模化

3.2 冶金过程传输现象的数学描述

3.2.1 湍流流动的数学描述

3.2.2 湍流模型

3.2.3 壁面函数

3.3 描述冶金传输过程的基本方程

3.4 基本方程的离散化方法

3.4.1 基本方程的类型

3.4.2 空间领域的离散化方法

3.4.3 有限差分离散方程的建立方法

3.5 流场的计算方法

3.5.1 流场计算的困难和方法

3.5.2 交错网格

3.5.3 二维柱坐标系下基本方程的离散化

3.5.4 SIMPLE和SIMPLER算法

3.6 边界条件

3.6.1 熔池表面

3.6.2 固体壁面

3.6.3 对称面

3.6.4 两相区域

3.7 流场计算程序设计

3.7.1 计算程序框图

3.7.2 计算程序中的变量及符号说明

3.7.3 计算钢包中心底吹氩二维流场主程序

3.7.4 计算网格生成子程序

3.7.5 计算有效黏度子程序

3.7.6 赋常数和初值子程序

3.7.7 动量方程(u分量)计算子程序

3.7.8 动量方程(v分量)计算子程序

3.7.9 速度校正子程序

3.7.10 计算ε方程子程序

3.7.11 计算κ方程子程序

3.7.12 计算ε和κ方程系数的子程序

3.7.13 计算对流扩散项系数(乘方格式)的子程序

3.7.14 压力校正方程子程序

3.7.15 计算压力方程的子程序

3.7.16 计算压力和压力校正方程系数的子程序

3.7.17 计算区域气体分率和流体密度的子程序

3.7.18输出结果处理子程序

参考文献

4 冶金过程的实验研究

4.1 概述

4.2 实物内的直接测定

4.3 物理模拟

4.4 冶金中单元过程和现象的研究

4.4.1 金属熔池中浸入式侧吹射流的研究

4.4.2 喷吹钢包中流体流动和混合现象的研究

4.4.3 喷吹钢包中渣钢界面卷混现象的研究

4.4.4 中间包非等温流动的研究

参考文献

5 CFD工程软件简介及应用

5.1 概述

5.1.1 cFD与其他过程模拟工具的关系

5.1.2 cFD工程应用的发展

5.2 CFD商业软件介绍

5.2.1 CFD通用商业软件的主要特点

5.2.2 CFD通用商业软件简介

5.2.3 CFD商业软件的求解过程

5.2.4 CFD的应用技巧

5.3 几何造型与拓扑结构

5.3.1 几何模型简介

5.3.2 坐标体系与有限差分网格

5.3.3 多块数据结构

5.3.4 多块结构

5.3.5 贴体坐标

5.4 几何

5.4.1 坐标变换

5.4.2 网格结构

5.4.3 非相配的网格界面

5.4.4 梯度离散

5.5 CFD工程软件的商业应用图例

参考文献

下篇:数值模拟分析方法的应用

6 吹氩钢包内钢液循环流动和混合过程的数值计算

6.1 吹气搅拌熔池内轴对称循环流速度场的计算(Ⅰ)--流场的物理模型及数模边界条件的确定

6.2 吹气搅拌熔池内轴对称循环流速度场的计算(Ⅱ)--数学模型及其应用

6.3 吹氩钢包内三维流动和混合现象的数值模拟

6.4 冶金反应器内三维流动模拟计算软件及应用

6.5 柱坐标系下圆筒形反应器内三维湍流流动的数值模拟

6.6 ANS-0B钢包内钢液流动现象的数学物理模拟

6.7 CAS-OB过程熔池传热规律的模拟研究

7 连铸及中间包内冶金过程的数学模型分析

7.1 耦合流动和凝固过程连铸结晶器内数学模型的建立

7.2 板坯连铸结晶器内钢液流动过程的模拟仿真

7.3 连铸中间包内三维流动的数学模拟

7.4 中问包内钢液流动、温度控制和夹杂物行为的数学模拟

7.5 钢液密度对板坯中问包流场影响的数学模型

7.6 连铸中间包内钢液流动的数学模型

7.7 CFD技术在分析连铸中间包中冶金过程的应用

7.8 梅钢40t板坯中间包的工业试验与仿真分析

7.9 底吹气连铸中间包内气液两相流的数值模拟

8 几种热工装置及过程的数学模拟分析

8.1 转炉型熔融还原反应器内二次燃烧现象物理和数学模型研究

8.2 U型蓄热式辐射管表面温度分布数值模拟研究

8.3 锅炉烟气走廊三维流动特性数值计算

8.4 离心通风机内部流场三维瞬态计算

8.5 双级旋风分离器特性的计算机预报

9 高温低氧空气燃烧过程的数值模拟

9.1 高温空气燃烧及换向过程中火焰结构和炉内燃烧产物流动状态的数值模拟

9.2 蜂窝陶瓷蓄热体格孔壁面应力变化特性的数值研究

9.3 蓄热式加热炉内流体流动、燃烧与传热的数值模拟

9.4 蓄热式钢包烘烤器钢包内衬温度分布数值分析

9.5 蓄热式钢包烘烤过程中钢包内高温低氧特性数值模拟

10 冶金单元过程和现象的数值模拟

10.1 回转窑过程的数学模型及应用

10.2 钢液中喂入铝线升温熔化过程的数学模拟

lO.3 熔渣中加入铬矿球团初期熔融现象的研究

10.4 气粉流喷吹熔池的通用数学模型

10.5 熔池浸入式侧吹下气液两相流流动状态的三维数值计算