《煉鋼中的計算流體力學(xué)》共11章，系統(tǒng)地闡述了計算流體力學(xué)在煉鋼中的應(yīng)用，涉及從流動理論、數(shù)值方法到應(yīng)用技術(shù)等各個方面。將現(xiàn)代流體力學(xué)中的新理論和新方法應(yīng)用于金屬冶煉過程，重點(diǎn)介紹了作者多年來在揭示高溫熔體流動規(guī)律、發(fā)展工藝過程的數(shù)學(xué)模型和改善工藝操作等方面取得的一些有價值的研究成果，包括多相流動；流場、電磁場和溫度場的耦合；先進(jìn)湍流模擬方法的應(yīng)用及人口平衡模型在煉鋼過程中的應(yīng)用等。
《煉鋼中的計算流體力學(xué)》可供高等院校冶金、化工和熱能工程方面的教師、學(xué)生閱讀，也可供廣大冶金企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)的科研工作者參考。
鋼的冶煉是在熔融狀態(tài)下進(jìn)行的，故鋼液的流動現(xiàn)象具有特別重要的意義。鋼液是高溫熔體，在其流動的同時也伴隨著熱量的傳遞，故可稱鋼液為“熱流體”。普通流體力學(xué)的研究方法可以用于研究熱流體流動現(xiàn)象，數(shù)值計算方法是可利用的最重要的方法之一。煉鋼中的熱流體流動現(xiàn)象又具有不同于普通流體力學(xué)的特點(diǎn)。因而，如何利用普通流體力學(xué)的計算方法模擬煉鋼中的熱流體流動現(xiàn)象是本書的特色。
冶金學(xué)在經(jīng)歷了熱力學(xué)、動力學(xué)和反應(yīng)工程學(xué)階段后，現(xiàn)已發(fā)展到過程模擬階段，即對冶煉的全過程進(jìn)行直接模擬階段。過程模擬是目前世界范圍內(nèi)冶金學(xué)界最活躍的研究領(lǐng)域之一。建立數(shù)學(xué)模型是進(jìn)行過程模擬的前提，因流體流動過程往往是制約鋼的冶煉效率的“瓶頸”，故描述流動過程的模型是構(gòu)成全過程模型的基礎(chǔ)，而且全過程模型方程的求解方法也是以流動方程為核心而展開的。要正確地模擬煉鋼過程中的復(fù)雜現(xiàn)象，不但要深刻了解現(xiàn)象的物理本質(zhì)，而且還要掌握數(shù)值計算方法，通曉計算機(jī)技術(shù)。
隨著計算流體力學(xué)在煉鋼領(lǐng)域中的快速發(fā)展，已有大量數(shù)值模擬方面的研究論文發(fā)表，但還沒有一本系統(tǒng)介紹現(xiàn)代煉鋼中計算流體力學(xué)方面的書，涉及從流動理論、數(shù)值方法到應(yīng)用技術(shù)等各個方面。作者及其課題組長期從事煉鋼領(lǐng)域計算流體力學(xué)研究，本書是將課題組多年來的研究成果系統(tǒng)化，并結(jié)合國內(nèi)外專家學(xué)者在該領(lǐng)域的最新研究成果撰寫而成，希望能夠促進(jìn)我國煉鋼工藝?yán)碚摰陌l(fā)展和創(chuàng)新。
本書共11章。可分為三大部分，即流動理論、數(shù)值方法和應(yīng)用研究結(jié)果。第1-3章介紹了煉鋼中的流體流動現(xiàn)象、模型化及湍流計算方法。第4章介紹了煉鋼中計算流體力學(xué)的數(shù)值方法。第5-11章介紹了計算流體力學(xué)方法在模擬煉鋼中傳輸現(xiàn)象的應(yīng)用研究結(jié)果，包括多相流動模擬，流場、電磁場和溫度場的耦合，先進(jìn)湍流模擬方法的應(yīng)用及人口平衡模型在煉鋼過程中的應(yīng)用等。
1 緒論
1.1 鋼液的流動現(xiàn)象及冶金功能
1.1.1 鋼包精煉
1.1.2 中間包冶金
1.1.3 結(jié)晶器冶金
1.2 流體流動的研究方法
1.3 計算流體力學(xué)在煉鋼中的應(yīng)用概述
1.3.1 鋼包精煉過程數(shù)值模擬
1.3.2 中間包冶金過程數(shù)值模擬
1.3.3 結(jié)晶器冶金過程數(shù)值模擬
參考文獻(xiàn)
2 煉鋼中的流體流動現(xiàn)象及模型化
2.1 CFD基本控制方程
2.1.1 連續(xù)性方程
2.1.2 動量方程
2.1.3 能量方程
2.1.4 湍流附加方程
2.1.5 初始條件及邊界條件
2.2 單相流動
2.2.1 RANS控制方程
2.2.2 LES控制方程
2.3 多相流動
2.3.1 離散相模型
2.3.2 VOF模型
2.3.3 雙流體模型
2.4 相變流動
2.4.1 鋼液運(yùn)動方程
2.4.2 凝固過程能量方程
2.5 電磁場
2.5.1 磁場的計算
2.5.2 流場的計算
2.5.3 電磁力的計算
參考文獻(xiàn)
3 煉鋼中的湍流模型
3.1 湍流數(shù)值模擬方法
3.2 直接數(shù)值模擬
3.3 雷諾時均模擬
3.3.1 標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型
3.3.2 RNG k-ε模型
3.3.3 標(biāo)準(zhǔn)k-ω模型
3.3.4 SSTk-ω模型
3.3.5 雷諾壓力模型
3.3.6 模型的缺陷
3.4 大渦模擬
3.4.1 基本思想
3.4.2 濾波
3.4.3 大渦模擬控制方程
3.4.4 亞格子模型
參考文獻(xiàn)
4 計算流體力學(xué)的數(shù)值方法
4.1 常用的數(shù)值求解方法
4.1.1 有限差分法
4.1.2 有限體積法
4.1.3 有限元法
4.2 計算區(qū)域的劃分
4.3 對流一擴(kuò)散方程的離散格式
4.3.1 中心差分和迎風(fēng)差分
4.3.2 混合格式、指數(shù)格式及乘方格式
4.3.3 二階迎風(fēng)格式
4.3.4 QUICK格式
4.3.5 不同離散格式的對比
4.4 壓力修正法
4.4.1 基本思想
4.4.2 SIMPLE算法
4.4.3 修訂的SIMPLE算法
4.4.4 COUPLED算法
4.4.5 不同壓力修正法的對比
4.5 代數(shù)方程的數(shù)值解法
……
5 鋼包內(nèi)鋼-渣-氣三相流動
6 感應(yīng)加熱中間包內(nèi)的流動及夾雜物運(yùn)動
7 結(jié)晶器內(nèi)鋼液瞬態(tài)非對稱流動的大渦模擬
8 結(jié)晶器凝固前沿氬氣泡和夾雜物的瞬態(tài)運(yùn)動
9 氬氣-鋼液兩相瞬態(tài)非對稱流動的大渦模擬
10 結(jié)晶器內(nèi)多尺寸泡狀流的人口平衡模型
11 氣液兩相流相間動量傳遞模型數(shù)值研究
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