连铸用水口流场及水口结构应力计算机模拟研究

论文摘要

本文利用流场分析和结构分析两种有限元软件,分别计算了结晶器流场分布及水口内流体流动与水口结构相会作用应力分布基本规律。使用流体流动软件计算了结晶器内水口不同浸入深度的流场分布,结晶器不同宽度的流场分布,水口不同出口角度的流场分布,以及不同的水口的形状的流场分布。初步掌握了不同因素对结晶器流场影响的方法,为水口结构进行优化设计奠定基础。利用流固耦合分析技术,通过水口与入口不同速度钢液流动相互作用计算、水口与不同密度流体流动相互作用计算、流体流动冲击水口底部对水口边壁带来附加拉应力分析计算、不同密度流体重力对水口边壁带来附加拉应力分析计算及圆形水口结构计算分析等5个专题的计算,绘制了固体及流体的最大主应力图、速度分布等值线图及最大主应力与速度关系、与重力关系等数值曲线,得到水口结构应力分布规律及设计中应该注意的问题,为今后的设计及生产提供许多可借鉴经验。利用量纲分析理论分析了水口结构与流体耦合相互作用之间相似的基本条件,得到3个相似的基本准则。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 国内对结晶器内流场数值模拟的研究现状
• 1.1.1 自主开发计算软件
• 1.1.2 商业软件计算
• 1.1.3 流场温度场耦合数值模拟
• 1.2 国外对结晶器内钢液流场的研究
• 第二章 水口流体流动及与结构相互作用的分析方法
• 2.1 流场数值计算的基本概念
• 2.1.1 理想流体和粘性流体
• 2.1.2 牛顿流体和非牛顿流体
• 2.1.3 可压缩流体和不可压缩流体
• 2.1.4 定常与非定常流动
• 2.1.5 层流和湍流
• 2.2 ANSYS-FLOTRAN 软件的理论基础
• 2.2.1 功能简介
• 2.2.2 流体流动原理
• 2.2.3 FLOTRAN 分析的主要步骤
• 2.3 ADINA 计算软件基本原理
• 2.3.1 ADINA 流体力学方程组
• 2.3.2 ADINA 滑移边界条件
• 2.3.3 ADINA 流体材料
• 2.3.4 ADINA 和流固耦合（FSI）
• 2.4 水口结构与流体相互作用相似模型分析
• 2.4.1 相似正定理
• 2.4.2 相似逆定理
• 2.4.3 π定理
• 2.4.4 准则方程与模型试验
• 2.4.5 水口结构与流体相互作用相似模型分析
• 2.4.6 小结
• 第三章 薄板坯连铸结晶器流场分析
• 3.1 水口不同浸入深度的流场分布
• 3.2 结晶器不同宽度的流场分布
• 3.3 水口不同角度的流场分布
• 3.4 不同的水口的形状的流场分布
• 3.5 计算图形分析及小结
• 第四章 水口结构与流体流动耦合分析计算
• 4.1 计算模型假设
• 4.1.1 模型的二维假设
• 4.1.2 水口结构的模型简化
• 4.1.3 水口结构与水口内耦合模型处理
• 4.1.4 水口结构及流体材料模型型简化
• 4.1.5 计算内容
• 4.2 水口与入口不同速度钢液（密度7800）流动相互作用计算
• 4.2.1 水口结构与流体相互作用最大主应力等值线云图分析
• 4.2.2 水口结构与流体相互作用最大主应力等值线云图分析
• 4.3 水口与不同密度流体流动相互作用计算
• 4.4 流体流动冲击水口底部对水口边壁带来附加拉应力分析计算
• 4.5 不同密度流体重力对水口边壁带来附加拉应力分析计算
• 4.6 圆形水口结构计算分析
• 4.7 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢