連鑄過程中,結(jié)晶器內(nèi)的流場分布決定著初生凝殼生長、保護渣熔化、夾雜物上浮等冶金傳輸行為,研究考察結(jié)晶器內(nèi)的流動與傳輸特點,對于連鑄坯質(zhì)量控制具有重要意義。由格子氣自動機(Lattice Gas Automation,LGA)發(fā)展而來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力學(xué)的優(yōu)點,同時具有程序簡單、邊界條件施加方便和易于并行化等優(yōu)勢,在微觀和介觀尺度流動問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。本文旨在開發(fā)基于LBM的結(jié)晶器內(nèi)流動行為數(shù)值計算方法,嘗試構(gòu)建結(jié)晶器內(nèi)流動過程的LBM計算模型,開發(fā)專用數(shù)值計算程序,對LBM計算連鑄鋼液流動行為的適用性和可行性進行探討。首先,解析和推導(dǎo)了格子玻爾茲曼方程的建立過程,闡述常見LBM模型與邊界條件的處理方法,選擇并確定了DDF-LBE計算模型對流動過程建模,編制和開發(fā)相應(yīng)的計算程序,對頂蓋驅(qū)動流、泊肅葉流兩個經(jīng)典的流動算例進行計算,獲得流動與溫度的分布特征并與已有研究結(jié)果進行對比,以驗證模型與計算程序的正確性。以此...

【文章頁數(shù)】：71 頁

【學(xué)位級別】：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
        1.1.2 結(jié)晶器內(nèi)的傳熱過程
        1.1.3 流動對連鑄坯質(zhì)量的影響
    1.2 流動計算方法概述
    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 本文研究內(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)晶器流動模型構(gòu)建與算例驗證
    3.1 問題描述及控制方程
        3.1.1 結(jié)晶器鋼液流動物理模型
        3.1.2 DDF-LBE模型求解流動問題
        3.1.3 格子玻爾茲曼算法及計算流程
    3.2 相似原理
        3.2.1 相似準數(shù)的確定
        3.2.2 計算參數(shù)的無量綱化
    3.3 模型算例計算與驗證
        3.3.1 頂蓋驅(qū)動流模型
        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)對鋼液流場的影響
    4.3 鋼液流場分布的基本特征
    4.4 拉速對鋼液流動的影響
        4.4.1 流場與速度矢量分布
        4.4.2 沖擊深度
    4.5 水口浸入深度對鋼液流動的影響
        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
    4.6 鑄坯斷面尺寸對鋼液流動的影響
        4.6.1 流場與速度矢量分布
        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
致謝



本文編號：4045912