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主管单位 中华人民共和国
工业和信息化部
主办单位 中国材料研究学会
哈尔滨工业大学
主编 苑世剑 国际刊号ISSN 1005-0299 国内刊号CN 23-1345/TB

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引用本文:徐啸雄,苍大强,刘晓明,李宇,宗燕兵.FEM-SPH耦合算法模拟铝液粒化的动态过程[J].材料科学与工艺,2013,21(5):1-7.DOI:10.11951/j.issn.1005-0299.20130501.
XU Xiao-xiong,CANG Da-qiang,LIU Xiao-ming,LI Yu,ZONG Yan-bing.Numerical simulation for the dynamic process of aluminum liquid granulation with the algorithm of coupled FEM-SPH[J].Materials Science and Technology,2013,21(5):1-7.DOI:10.11951/j.issn.1005-0299.20130501.
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FEM-SPH耦合算法模拟铝液粒化的动态过程
徐啸雄1,2,苍大强1,2, 刘晓明1,2,李宇1,2,宗燕兵1,2
(1. 北京科技大学 钢铁冶金新技术国家重点实验室,北京 100083;2. 北京科技大学 冶金与生态工程学院, 北京 100083)
摘要:
针对传统基于网格方法不能有效模拟大变形问题的现状,本文引入SPH(Smoothed Particle Hydrodynamic)方法模拟液态钢渣(文中简称液渣)与粒化轮的碰撞过程.因液渣物性参数尚不完善,故以铝液代替并使用SPH方法建模,粒化轮则用FEM(Finite Element Method)建模,并通过接触算法实现FEM-SPH的耦合,研究了粒化轮转速、铝液的流速等因素对碰撞过程铝液液滴体积大小的影响.模拟结果表明:当SPH粒子承载质量为2.04×10-4 kg时,粒化轮转速达到900 rad/min;粒化前铝液流速为1m/s时粒化效果较好且体积多分布在1 330~1 930 mm3;碰撞后粒子运动速度多集中在5~25 m/s.
关键词:  铝液粒化  SPH  FEM  接触算法  数值模拟
DOI:10.11951/j.issn.1005-0299.20130501
分类号:
基金项目:国家自然科学基金资助项目(8,2);中国博士后科学基金项目(20100480202);中央高校基本科研业务费专项资金资助(FRF-TP-12-026A).
Numerical simulation for the dynamic process of aluminum liquid granulation with the algorithm of coupled FEM-SPH
XU Xiao-xiong1,2, CANG Da-qiang1,2, LIU Xiao-ming1,2, LI Yu1,2, ZONG Yan-bing1,2
(1.State Key Laboratory of Advanced Metallurgy, University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China; 2. School of Metallurgical and Ecological Engineering, University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China)
Abstract:
The SPH method is introduced to simulate the collision process between granulating wheel and molten steel slag because the traditional method based on grid cannot effectively solve the large deformation problems. The molten steel slag was replaced by aluminum liquid since some of the physical parameters of molten steel slag are unclear so far. SPH method was adopted to simulate the granulating process of the aluminum liquid as well as the FEM was used to simulate the granulating wheel. Meanwhile, coupling the SPH method with FEM was realized by means of the“ contacting algorithm”. The effects of the granulating wheel speed and the velocity of aluminum liquid on the particle size of aluminum droplet during the collision process were investigated. The simulation results indicate that the optimal granulating wheel speed and the aluminum liquid velocity are 900 rad/min and 1 m/s when the SPH particles bear the quality of 2.04×10-4 kg, respectively. Under this condition, the single particle volume of most aluminum droplets is in the range of 1 330 ~1 930 mm3 when the particle speed after collision process is between 5~25 m/s.
Key words:  aluminum liquid granulation  SPH  FEM  contacting algorithm  numerical simulation

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