富氧底吹熔炼炉内气液流动三维模拟：气泡行为与流动特性

本文主要探讨了富氧底吹熔炼炉内的气液两相流动特性，通过将某公司的实际熔炼炉作为研究对象，采用三维瞬态数值模拟方法对氧气与铜锍在炉内的交互作用进行了深入分析。研究的核心内容包括以下几个方面： 1. 气泡参数与分布规律：模拟结果显示，炉内气泡的形成时间在0.12至0.25秒之间，生成频率大约为4至5赫兹，短轴尺寸主要集中在氧枪直径的3.5倍到6.5倍范围内。这些数据揭示了气泡生成和演化的基本动态。 2. 压力变化与液面波动：在氧枪出口附近，观察到了明显的压力变化情况，这可能是由于气泡上升引起的。同时，液面波动也受到气泡活动的影响，模拟出的液面动态提供了关于熔池稳定性的关键信息。 3. 高速摄像实验与模拟对比：通过高速摄像技术，研究人员对水模型实验中的气泡形成、合并、变形和破碎过程进行了实地观测，并将这些实验结果与数值模拟的预测进行了对比，验证了所建立的数学模型的有效性。 4. 氧枪特性：研究发现，7°和22°角度的氧枪出口气泡后座现象的平均发生频率分别为5赫兹和7赫兹，且作用时间大约为0.06秒。这一发现对于优化氧枪设计和提升熔炼效率具有重要意义。 5. 高效反应区与表面扰动：在熔池的上部区域，存在着高效反应区，这是由于气相的搅动促进了液相中的化学反应。此外，当气相搅动产生的表面重力波传播到沉淀区时，波幅快速衰减，最终在出渣口附近液面趋于静止，影响着熔炼过程的均匀性和稳定性。 这篇论文通过细致的数值模拟和实验验证，深入剖析了富氧底吹熔炼炉内的气液两相流动行为，为改进熔炼工艺和优化操作条件提供了重要的理论依据。