钢中不同形状夹杂物在超重力场中上浮模拟研究

摘要

超重力可促使夹杂物快速上浮，缩短其在钢液中的上浮时间.为研究夹杂物形状对其在钢液中的上浮行为的影响，本文使用流固耦合方法跟踪计算流体与固体界面状态，在二维纵切面中构建了三种具有不同形态比的夹杂物并在超重力场中进行上浮行为模拟研究.结果表明，夹杂物的上浮速度与自身形状和上浮角度有关，形态比越趋近1或上浮角度越接近垂直，上浮速度越快.在重力系数G=1000的超重力场中，长度为1μm的夹杂物未发生旋转.长度为10、20μm的夹杂物会自初始角度（45°、90°）旋转至水平后稳定上浮.超重力系数会影响夹杂物的旋转状态，随着重力系数的降低，夹杂物的旋转速度逐渐降低.当G=50时，长度为20μm的夹杂物（初始角度90°）未能完全旋转；同时也证明相较于垂直角度，初始即倾斜的夹杂物更易发生旋转.最后，指出通过模型预估离心处理时间应以水平状态下夹杂物的上浮速度为准，并基于该结论给出了夹杂物上浮去除的大致时间.

关键词

夹杂物 / 形状 / 超重力 / 数值模拟 / 流固耦合

基金资助

国家自然科学基金资助项目(52174275); 国家重点研发计划资助项目(2022YFC2906100)