Введение 5
1. Теоретическая часть 7
2. Численное моделирование перемешивания жидкости с помощью дисковой
мешалки 21
2.1 Физическая постановка 21
2.2 Математическая постановка 24
3. Влияние кавитации на дисковый завихритель для перемешивания
расплавленного алюминия и частиц модификатора 34
3.1 Описание проблемы 34
3.2 Влияние вращательного движения 36
3.3 Влияние вибрации 38
3.4 Условие возникновения кавитации на основе анализа теории подобия 45
4. Численное моделирование возникновения кавитации при сложном
движении перемешивающего устройства 47
Заключение 50
Список литературы: 52
В данной работе рассматривается процесс перемешивания расплавленного алюминияс частицами модификатора в разливочном резервуаре с помощью гидродинамической мешалки. Моделируется картина течения в тигле, определяется характеристика завихрителя путем численного решения уравнения объемной доли, уравнения количества движения, уравнения турбулентной энергии и уравнения скорости диссипации в вычислительном пакете Ansys Fluent 14.0.
Исследовательская работа является актуальной, так как процесс перемешивания жидкого металла с частицами модификатора является механическим процессом для получения сплавов, обладающих улучшенными физико-механическими характеристиками.
Целью данной работы является: рассмотрение гидродинамики процесса перемешивания жидкого (расплавленного) металла в тигле; оценка режимов работы перемешивающего устройства, при которых в расплавленном алюминии возникает гидродинамическая кавитация; анализ возникновения кавитационного режима при сложном движении завихрителя.
Для достижения этой цели в магистерской диссертации поставлены следующие задачи:
- построение геометрии расчетной области на предпроцессоре GAMBIT;
- численное моделирование картины течения в тигле под действием завихрителя в пакете программ ANSYS FLUENT;
- исследование влияние вибрации завихрителя на перемешивание расплавленного металла;
- вывод зависимости критериев подобия процесса перемешивания методом анализа размерностей;
- рассмотрение возникновения кавитации при вибрировании и вращении дискового завихрителя.
Предмет исследования: гидродинамический смеситель, выполненный в виде трех перфорированных дисков с закрепленными на них штифтами.
Объект исследования: Гидродинамические процессы, возникающие в расплавленном алюминии, при воздействии на него вращающегося и вибрирующего завихрителя.
Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы.
1) Проведено численное моделирование движения расплавленного металла в тигле под действием вращающегося завихрителя. Показано, что турбулентная диффузия жидкого металла линейно увеличивается с ростом скорости вращения завихрителя до 1500 об/мин. Дальнейшее увеличение скорости вращения практически не влияет на величину турбулентной диффузии.
2) Оценка числа кавитации показывает, что для радиуса диска завихрителя более 40 мм и скорости вращения выше 2100 об/мин гидродинамическая кавитация будет иметь место при любомзначении температуры расплавленного металла.
3) Критическое число оборотов мешалки остается постоянным, когда температура расплавленного металла повышается до 70% от температуры кипения, после чего наблюдается резкое падение этого значения.
4) В соответствии с закономерностями формирования и развития кавитационных пузырьков, полученных из численного моделирования, следует ожидать наибольшего кавитационного воздействия на поверхность вибратора на краях верхнего и нижнего дисков.
5) Предельная амплитуда осевого колебания завихрителя, при которой происходит кавитация, обратно пропорциональна частоте колебаний в степени четыре трети.
6) Методом анализа размерностей получена зависимость числа Струхаля от числа Рейнольдса, при котором будет возникать кавитация при
(- 1) вибрировании завихрителя: Str >0.866Re4.
7) Предельная амплитуда осевого колебания завихрителя, при которой воозникает кавитация, зависит от частоты колебания и числа оборотов вращения по закону:
4„ = an f*">,
C(n) = 0.00006573»-0.85905; a(n) = -0.1237»+1.33 •
Данная работа может имеет дальнейшее продолжение с точки подтверждения численного моделирования сложного движения экспериментом.
