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流体动力学|基于OpenFOAM的高温熔融锡液水力碎化数值模拟研究

汉斯出版社

2023-06-30

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导读：

为揭示高温熔融锡液与水相互作用过程中的碎化机理，基于开源软件包OpenFOAM®-v1806下的求解器icoReactingMultiphaseInterFoam模拟熔融锡液入水后的水力碎化过程，分析瑞利–泰勒不稳定性、开尔文–亥姆霍兹不稳定性及界面剪切力对熔融锡液柱碎化过程作用过程，探究水力碎化对液柱直径及液柱入水初速度对碎化剧烈程度的影响。研究表明液柱碎化剧烈程度、液柱单位时间内入水深度与液柱直径成反比，液柱入水后碎化剧烈程度、锡凝固速度与液柱入水时初速度成正比。

基本信息：

基于OpenFOAM的高温熔融锡液水力碎化数值模拟研究

Numerical Simulation of Hydraulic Fragmentation of High-Temperature Molten Tin Based on OpenFOAM

作者：

纪国剑*：常州大学能源学院，江苏常州;江苏省绿色过程装备重点实验室，江苏常州；单梦琪, 孟兴成, 王政伟：常州大学能源学院，江苏常州

关键词:

高温熔融金属；水力碎化；计算流体力学；OpenFoam模拟

项目基金：

国家重点研发计划项目(2017YFC0805101)

江苏省绿色过程装备重点实验室开放课题基金资助项目(GPE201901)

2022年江苏省研究生科研与实践创新计划项目(SJCX22_1434)

原文链接：

https://doi.org/10.12677/IJFD.2023.112005

内容简介：

在汉斯出版社《流体动力学》期刊上，有论文选取金属锡为研究材料，基于开源软件包OpenFOAM®-v1806下的icoReactingMultiphaseInterFoam求解器模拟熔融锡液柱入水后的水力碎化过程，分析瑞利–泰勒(Rayleigh-Taylor, R-T)不稳定性、开尔文–亥姆霍兹(Kelvin-Helmholtz, K-H)不稳定性及界面剪切力对熔融锡液柱碎化过程作用结果，探究水力碎化对液柱直径及液柱入水初速度对碎化剧烈程度的影响。

为准确捕获界面，同时节约计算时间成本，设置三种网格以进行网格相关性研究，这三种四面体网格质量均为1。监测点设置在水平中心0.07 m、纵向高度0.6 m处；如图2所示，比较监测点处温度随时间的变化曲线，确定后续计算分析所用网格单元格总数为276,202个。

熔融锡液水力碎化模拟研究得到以下结论：

1) 水力碎化现象方面：熔融锡液柱碎化是三种水力因素共同作用的结果。液柱顶部受与密度相关的瑞利–泰勒(Rayleigh-Taylor, R-T)不稳定性影响呈伞状向两端横向发展，液柱侧面受与相对速度相关的开尔文–亥姆霍兹(Kelvin-Helmholtz, K-H)不稳定性影响生成多个不对称的倒钩状金属细丝，受界面剪切力的影响液柱伞状顶部横向发展的两个尖端及液柱侧面倒钩状金属细丝被拉长并断裂。

2) 水力碎化剧烈程度与液柱直径、液柱入水初速度的敏感性分析：液柱入水初速度相同时，随着熔融锡液柱直径的增大，相同时间内液柱入水深度越小；液柱碎化剧烈程度与液柱直径成反比。液柱入水直径相同时，熔融锡液柱入水后的碎化程度、锡凝固速度与液柱入水时初速度成正比。

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https://doi.org/10.12677/NST.2021.94022

2.隋丹婷, 陆道纲, 王艺萍. 基于粒子法的熔融物碎片在铅冷却剂内运动行为模拟[J]. 核科学与技术, 2017, 5(3): 134-141.

https://doi.org/10.12677/NST.2017.53018

3.吴宗铎, 许斐, 严谨, 张建. 基于SPH的激破波破碎过程的数值模拟[J]. 流体动力学, 2018, 6(4): 100-108.

https://doi.org/10.12677/IJFD.2018.64013

4.张东来, 张东锋. 长江口太仓岸段险工成因分析——基于水动力数值模拟的研究[J]. 建模与仿真, 2021, 10(2): 586-596.

https://doi.org/10.12677/MOS.2021.102059

5.徐垒, 李云良, 纪伦, 谭忆秋. 路基温度场数值模拟及变化规律研究[J]. 交通技术, 2018, 7(1): 11-19.

https://doi.org/10.12677/OJTT.2018.71002

所属期刊

-International Journal of Fluid Dynamics-

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