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1 模型实验研究的理论基础1

1.1 相似的基本概念2

1.1.1 几何相似2

1.1.2 时间相似5

1.1.3 运动相似6

1.1.4 动力相似9

1.1.5 温度相似10

1.1.6 相似三定理11

1.2 相似准数的导出15

1.1.7 异类相似15

1.2.1 相似常数转换法求相似准数16

1.2.2 相对单位测量转换法求相似准数21

1.2.3 根据特征量的意义求相似准数24

1.2.4 用两种力的比例求相似准数26

1.2.5 用积分类比法求相似准数27

1.2.6 因次分析法求相似准数31

1.3 相似模型的设计38

1.3.1 模拟的基本原则38

1.3.2 选择实验模型的比例和实验介质41

参考文献42

1.3.3 自模拟42

2 冶金过程中射流与熔池的作用44

2.1 单股射流的流动特性45

2.1.1 湍流自由射流稳定流动的相似分析45

2.1.2 可压缩气体射流稳定流动的相似分析48

2.1.3 超音速湍流自由射流的特性51

2.2 多股射流流动特性64

2.2.1 冶金过程多股射流的应用64

2.2.2 多孔喷头的经验设计67

2.2.3 多股射流的流场速度分布69

2.3 多孔氧枪喷头射流流场速度分布的数学模型研究72

2.3.1 多股射流流场动量迭加模型73

2.3.2 多股射流流场速度分布的特点分析76

2.3.3 考虑抽引和偏转效应的多股射流流场速度分布的数学模型80

2.4 多股射流流速度分布数学模型的应用85

2.4.1 氧枪喷头的设计参数范围85

2.4.2 射流中心线的偏转86

2.4.3 抽引系数88

2.4.4 副氧流的射流特点89

2.5 数学模型的实验验证90

2.5.1 一般3孔喷头91

2.5.2 二次燃烧氧枪93

2.6 氧气射流对熔池穿透深度的研究95

2.7 超音速射流冲击面积的研究101

2.7.1 射流冲击面积的计算公式101

2.7.2 枪位对射流冲击面积影响的实验研究103

2.7.3 枪位对射流冲击面积影响的理论分析105

2.7.4 滞止压力对射流冲击面积的影响109

2.8 大型转炉氧枪多孔喷头设计110

2.8.1 喷头的主要设计参数111

2.8.2 喷头主要操作参数的选择116

参考文献119

3 摇包模型实验研究125

3.1 摇包内液体运动的类型125

3.1.1 摇包脱铬研究的背景与意义125

3.1.2 测试摇包内液体运动的实验设备和装置126

3.1.3 摇包内液体运动规律128

3.1.4 临界转速130

3.1.5 10t 摇包的试验134

3.2 液体粘性对摇包内液体波动的影响135

3.2.1 液体的运动形态135

3.2.2 粘度对波形及波高的影响139

3.3 摇包内两相液体间的传质模拟研究143

3.3.1 实验装置和测试方法144

3.3.2 摇包内两相液体的运动规律145

3.3.3 摇包内两相间的传质148

3.3.4 结论152

参考文献155

4 VOD 过程模型实验研究156

4.1 VOD 过程混合特性156

4.1.1 混合特性的模型实验方法156

4.1.2 搅拌功率计算159

4.1.3 影响 VOD 过程混合特性的因素161

4.2 熔池气—液界面的测定和数学模型165

4.2.1 熔池气—液界面位置测定165

4.2.2 VOD 过程气—液边界模型的试验结果167

4.3 VOD 过程传质数学模拟研究171

4.3.1 传质速率的模型实验方法172

4.3.2 传质模型172

4.3.3 影响 VOD 过程传质速率的因素174

参考文献177

5.1.1 射流超音速核心流长度179

5.1 氧气炼钢过程中射流对熔池作用的模型实验研究179

5 转炉过程模型实验研究179

5.1.2 超音速射流对熔池的穿透作用183

5.1.3 热试验187

5.2 转炉二次燃烧双流道氧枪多股射流流场特性188

5.2.1 二次燃烧氧枪多股射流特性的实验测试189

5.2.2 测试结果分析190

5.3 氧气炼钢过程中超音速射流湍流特性的实验研究196

5.3.1 脉动速度197

5.3.2 湍流强度201

5.3.3 自相关系数203

5.4 细孔多管式底吹元件的流动特性实验研究205

5.4.1 实验条件和试验装置205

5.4.2 试验结果207

5.4.3 热阻塞现象210

参考文献212

6 有色金属冶炼中某些过程的模型实验研究214

6.1 氧气底吹连续炼铅模型实验研究 Ⅰ——底吹喷嘴的合理距离214

6.1.1 模型实验装置和实验方法215

6.1.2 喷嘴合理距离的讨论219

6.2.1 氧化段停留时间分布的测定222

6.2 氧气底吹连续炼铅模型实验研究 Ⅱ——隔墙的合理布置222

6.2.2 湍流扩散模型224

6.2.3 实验参数的选择225

6.2.4 对影响氧化段返混及停留时间的讨论227

6.3 侧吹熔池炼铜反应器流动特性的模型实验研究230

6.3.1 实验研究内容和方法231

6.3.2 喷射区中心轨迹232

6.3.3 侧吹熔池炼铜反应炉的设计参数234

6.4 浸入式氧枪喷射条件下梨形缓冷结晶器内渣液循环流场的研究241

6.4.1 梨形容器内流场显示241

6.4.2 梨形缓冷结晶器中渣液流动的数学模拟242

6.4.3 梨形容器内液体流场的特点247

6.5 搅拌法炉外脱硫的水模型实验研究252

6.5.1 试验的相似条件252

6.5.2 测试粒子混合浓度的试验装置255

6.5.3 粒子混合浓度的影响因素256

6.6 底吹过程喷射区含气率分布及气—液上升速度模型262

6.6.1 两相区含气率和上升速度的测量262

6.6.2 喷射区内气—液上升速度的物理模型267

6.7 底吹熔池自由表面状态的数学模型270

6.7.2 数学模型271

6.7.1 自由表面状态的测量271

6.7.3 模型的计算结果274

参考文献276

7 在线测量系统280

7.1 常用传感器281

7.1.1 压力传感器281

7.1.2 测温传感器282

7.1.3 光电传感器282

7.1.4 光电频率转速传感器283

7.2.1 运算放大电路284

7.2 信号调理器284

7.2.2 电源的制作288

7.3 微机接口技术290

7.3.1 PIO 接口291

7.3.2 D/A 转换294

7.3.3 多路开关295

7.3.4 采样—保持器296

7.3.5 A/D 转换器298

7.4 外设控制单元299

7.4.2 步进电机的控制300

7.4.1 开关的控制300

7.4.3 外设位移机构305

7.4.4 电动机的调速305

7.5 软件设计方法306

7.5.1 问题定义306

7.5.2 程序设计和编码307

7.5.3 验证程序和修正程序308

7.5.4 BASIC 语言调用机器语言子程序方法308

7.6 大型氧枪多股射流流场测试系统312

7.6.1 测试原理和测量内容312

7.6.2 多股射流流场测试装置313

7.7 大型转炉氧枪多股射流三维流场的数据与图形化处理318

7.7.1 测试要求与功能318

7.7.2 网格化处理319

7.7.3 图形处理原理及软件319

7.7.4 应用实例322

7.8 气—液两相流流动特性的在线测量系统324

7.8.1 测量系统325

7.8.2 在线测量系统的应用327

参考文献333

索引336

主要符号表339