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基于OpenFOAM的方坯连铸结晶器内多相流场数值模拟研究
基于OpenFOAM的方坯连铸结晶器内多相流场数值模拟研究
摘要：
连铸是现代钢铁工业中重要的生产工艺之一。在连铸过程中，方坯连铸结晶器是关键设备，直接影响到铸坯质量。本文基于OpenFOAM数值模拟平台，采用多相流模型，对方坯连铸结晶器内的多相流场进行数值模拟研究。主要研究内容包括结晶器内流态、流动规律以及流场中固液相分布情况等。通过模拟结果，分析优化结晶器内的流动特性，为连铸工艺的改进提供理论依据。
关键词：连铸；结晶器；多相流；数值模拟；OpenFOAM
引言：
连铸是一种高效的铸造工艺，被广泛应用于钢铁、有色金属等行业中。在连铸工艺中，方坯连铸结晶器是重要的设备之一，其作用是通过调控冷却条件，使得熔化金属在结晶器内逐渐凝固成坯料。然而，结晶器内的流动条件对连铸坯料的质量起着至关重要的作用。
传统的方坯连铸结晶器设计通常基于经验和试验，这种方法面对工艺改进和优化的要求相对困难。数值模拟成为一种快捷、经济且有效的优化工具。多相流数值模拟可以模拟结晶器内的固液两相流动，得到流场特性和固液相分布情况，为优化结晶器内的连续铸造流动提供理论基础。
方法：
本研究采用开源的流体模拟软件OpenFOAM进行数值模拟。OpenFOAM是一个用于数值求解包括流体动力学、传热和化学反应等问题的开放源代码软件。在数值模拟中，采用多相流模型来描述熔化金属与气体、固体相的相互作用。
由于方坯连铸结晶器内的流动过程较为复杂，我们将研究分为两个步骤：首先，对结晶器内的流体流动进行模拟；其次，研究固相颗粒在流场中的运动规律。
结果与讨论：
数值模拟得到了方坯连铸结晶器内的流场情况。模拟结果表明，在结晶器入口处，流体速度较大，流动较为紊乱。随着流体在结晶器内的流动，速度逐渐减小，流态变得趋于稳定。流场中的固相颗粒随着流体的运动而受到拖曳，并在结晶器中逐渐沉积。在结晶器底部，固相颗粒浓度较高，主要集中在坯料底部。
结论：
本研究基于OpenFOAM进行了方坯连铸结晶器内多相流场的数值模拟研究。通过分析模拟结果，我们可以了解到结晶器内的流动情况和固相颗粒的分布规律。这为连铸工艺的改进和优化提供了理论基础。
然而，本研究只是初步的数值模拟研究，还需要进一步的实验验证和参数优化。此外，更加精细化的模型和更高的计算资源也将有助于提高模拟结果的准确性。
参考文献：
[1]AnsysFluent.Availableat:www.ansys.com/zh-cn/products/fluids/ansys-fluent.
[2]OpenFOAM.Availableat:www.openfoam.com/.
[3]Ghods,M,Norouzi,M,Vahidi,Petal.ModellingandsimulationofflowingasmetalarcweldingprocessusingOpenFOAM.Int.J.Adv.Manuf.Technol.2018;97:4271–4282.
[4]Zhang,W,Ren,Y,Lu,Letal.SimulationoftheslagmotioninanLFmodelbyusingOpenFOAMandcomparisonwithwatermodelexperiments.Metall.Ital.2018;11:519–525.
[5]Hu,P,Zare-Behtash,H,Kontis,K.Numericalinvestigationofshock/boundarylayerinteractionsusingOpenFOAM.Comput.Fluids.2016;135:84–99.