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1 绪论1

1.1 引言1

1.2 氧枪概述2

1.2.1 氧枪的分类及发展2

1.2.2 氧枪的主要设计参数2

1.3 氧枪的工艺要求4

1.4 国内外氧枪技术发展概况5

1.4.1 底吹法5

1.4.2 侧吹法5

1.4.3 顶吹法5

1.4.4 顶底复吹法6

1.5 聚合射流氧枪概述6

1.5.1 聚合射流氧枪工作原理6

1.5.2 聚合射流氧枪的流场特征7

1.5.3 聚合射流氧枪对熔池的作用8

1.6 聚合射流氧枪国内外研究及应用概况9

1.6.1 在电炉上的应用10

1.6.2 在转炉上的应用11

参考文献12

2 聚合射流氧枪射流理论基础15

2.1 空气动力学的基础理论15

2.1.1 一维定常等熵流的基本理论15

2.1.2 拉瓦尔喷管的工作特性17

2.2 超声速气体射流稳定流动的相似理论20

2.3 高温下射流的流动特性23

2.4 自由射流的沿程卷吸24

2.5 聚合射流的速度分布24

2.6 燃料燃烧的基础理论及火焰温度分析理论25

2.6.1 射流扩散燃烧理论25

2.6.2 火焰图像温度分析原理——比色测温法28

参考文献29

3 聚合射流氧枪射流特性实验研究31

3.1 氧枪射流检测系统31

3.1.1 氧枪检测系统的基本功能31

3.1.2 氧枪检测系统的主要组成31

3.1.3 射流检测实验中各参数的算法标定35

3.1.4 激波对实验的影响39

3.1.5 聚合射流氧枪结构尺寸41

3.2 单股传统超声速氧枪射流特性的实验研究42

3.3 多股氧枪射流特性的实验研究43

3.3.1 驱动压力对射流中心线速度的影响43

3.3.2 射流中心线相对于喷孔几何轴线的偏移44

3.3.3 氧枪轴线上的速度分布规律45

3.3.4 射流冲击面积的研究47

3.4 聚合射流氧枪射流特性物理实验48

3.4.1 聚合射流氧枪实验装置48

3.4.2 冷态实验与结果分析48

3.4.3 热态实验伴随流介质的选择要求49

3.4.4 热态实验中副孔工艺参数的选取50

3.4.5 热态实验过程51

3.5 热态实验结果分析53

3.5.1 聚合射流速度场结果分析53

3.5.2 聚合射流冲击力56

3.5.3 聚合射流温度场58

3.6 结论59

参考文献60

4 聚合射流氧枪射流行为模拟研究61

4.1 数学模型的建立61

4.1.1 控制方程61

4.1.2 湍流模型62

4.1.3 组分传输模型63

4.2 计算条件63

4.2.1 计算所涉及的边界条件63

4.2.2 空间结构模化及数值模拟方案的制订65

4.2.3 控制条件68

4.3 氧枪喷头拉瓦尔喷管内流动行为的数值模拟69

4.3.1 不同滞止压力下的管内流动特征69

4.3.2 不同滞止压力下喷管轴线上的压力和马赫数的变化规律70

4.3.3 数学模型的选取对模拟结果准确性的影响72

4.4 传统超声速氧枪射流流场特征的数值模拟72

4.4.1 湍流模型选择对模拟结果准确性的影响73

4.4.2 滞止压力对射流流场特征的影响74

4.4.3 环境温度对射流流场特征的影响77

4.5 聚合射流流场的数值模拟分析80

4.5.1 副孔结构参数对主射流轴线上速度衰减规律的影响80

4.5.2 副孔工艺参数对中心主射流流场分布规律的影响83

4.5.3 环境温度及伴随流温度对中心主射流流场规律的影响86

4.6 结论88

参考文献89

5 聚合射流与熔池相互作用规律的物理模拟90

5.1 物理模型实验研究方法90

5.2 实验研究的主要内容91

5.3 实验装置及参数91

5.3.1 实验装置91

5.3.2 复吹转炉结构参数与操作参数92

5.4 物理模型的建立93

5.4.1 相似准数94

5.4.2 模型几何尺寸的确定96

5.4.3 模型供气参数的确定98

5.5 聚合射流氧枪物理模型实验99

5.5.1 实验方案的制订与结果分析99

5.5.2 聚合射流氧枪实验的理论依据100

5.5.3 实验步骤101

5.5.4 实验数据整理102

5.5.5 结果分析103

5.6 结论103

参考文献104