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1　绪论1

1.1 现代冶金工艺流程及研究方法的发展1

上篇：计算流体力学的基础和方法1

1.2　冶金中流体流动现象2

1.3　冶金过程分析中计算流体力学研究方法的发展6

参考文献8

2.1　流体的物理性质10

2.1.1 密度10

2　计算流体力学基础10

2.1.2 压缩性11

2.1.3 黏性11

2.1.4　导热性和导热系数12

2.1.5 扩散性与扩散系数13

2.1.6 表面张力13

2.2　基本物理定律13

2.2.1 质量守恒定律13

2.2.2　牛顿第二运动定律15

2.2.3 热力学第一定律16

2.3.1 Navier-Stokes方程18

2.3　流体运动的基本方程18

2.3.2 流函数方程和涡量方程19

2.3.3　压强泊松方程20

2.3.4 欧拉方程20

2.4　流体流动控制方程20

参考文献21

3.1.1 准备22

3.1.2 数学模化22

3.1　数学模型的建立方法22

3　数值计算方法和计算程序设计22

3.2　冶金过程传输现象的数学描述23

3.2.1 湍流流动的数学描述23

3.2.2 湍流模型25

3.2.3 壁面函数28

3.3　描述冶金传输过程的基本方程29

3.4.2 空间领域的离散化方法32

3.4　基本方程的离散化方法32

3.4.1 基本方程的类型32

3.4.3 有限差分离散方程的建立方法34

3.5　流场的计算方法37

3.5.1 流场计算的困难和方法37

3.5.2 交错网格37

3.5.3 二维柱坐标系下基本方程的离散化38

3.5.4 SIMPLE和SIMPLER算法46

3.6　边界条件47

3.6.1 熔池表面47

3.6.2 固体壁面47

3.6.3 对称面47

3.6.4 两相区域47

3.7　流场计算程序设计48

3.7.1 计算程序框图48

3.7.2　计算程序中的变量及符号说明49

3.7.3 计算钢包中心底吹氩二维流场主程序51

3.7.4 计算网格生成子程序52

3.7.5 计算有效黏度子程序53

3.7.6　赋常数和初值子程序54

3.7.7 动量方程（u分量）计算子程序55

3.7.8 动量方程（v分量）计算子程序58

3.7.9　速度校正子程序61

3.7.10　计算ε方程子程序61

3.7.11 计算k方程子程序63

3.7.12　计算ε和k方程系数的子程序65

3.7.13 计算对流扩散项系数（乘方格式）的子程序66

3.7.14　压力校正方程子程序67

3.7.15 计算压力方程的子程序68

3.7.16　计算压力和压力校正方程系数的子程序68

3.7.17 计算区域气体分率和流体密度的子程序70

3.7.18 输出结果处理子程序72

参考文献73

4.1 概述74

4　冶金过程的实验研究74

4.2　实物内的直接测定76

4.3　物理模拟77

4.4　冶金中单元过程和现象的研究78

4.4.1 金属熔池中浸入式侧吹射流的研究79

4.4.2 喷吹钢包中流体流动和混合现象的研究81

4.4.3 喷吹钢包中渣钢界面卷混现象的研究83

4.4.4 中间包非等温流动的研究84

参考文献86

5　CFD工程软件简介及应用88

5.1 概述88

5.1.1 CFD与其他过程模拟工具的关系88

5.1.2 CFD工程应用的发展90

5.2　CFD商业软件介绍96

5.2.1 CFD通用商业软件的主要特点98

5.2.2 CFD通用商业软件简介99

5.2.3 CFD商业软件的求解过程104

5.2.4 CFD的应用技巧105

5.3　几何造型与拓扑结构107

5.3.1 几何模型简介107

5.3.2 坐标体系与有限差分网格112

5.3.3 多块数据结构115

5.3.4 多块结构116

5.3.5 贴体坐标116

5.4　几何118

5.4.1 坐标变换118

5.4.2 网格结构121

5.4.3 非相配的网格界面125

5.4.4　梯度离散125

5.5　CFD工程软件的商业应用图例126

参考文献129

下篇：数值模拟分析方法的应用139

6　吹氩钢包内钢液循环流动和混合过程的数值计算139

6.1 吹气搅拌熔池内轴对称循环流速度场的计算（Ⅰ）——流场的物理模型及数模边界条件的确定 何庆林　萧泽强　140

6.2　吹气搅拌熔池内轴对称循环流速度场的计算（Ⅱ） ——数学模型及其应用 何庆林　萧泽强　145

6.3 吹氩钢包内三维流动和混合现象的数值模拟 朱苗勇 沢田郁夫　萧泽强　152

6.4 冶金反应器内三维流动模拟计算软件及应用 朱苗勇 沢田郁夫　邹宗树　萧泽强　165

6.5 柱坐标系下圆筒形反应器内三维湍流流动的数值模拟 赵连刚 朱苗勇 萧泽强　171

6.6　ANS-OB钢包内钢液流动现象的数学物理模拟 朱苗勇 王文仲　任子平 萧泽强　175

6.7 CAS-OB过程熔池传热规律的模拟研究 朱苗勇 赵连刚 萧泽强　181

7　连铸及中间包内冶金过程的数学模型分析188

7.1 耦合流动和凝固过程连铸结晶器内数学模型的建立 杨宏亮 赵连刚 张兴中 邓开文 刘家奇　倪满森 萧泽强　189

7.2　板坯连铸结晶器内钢液流动过程的模拟仿真 朱苗勇 刘家奇　萧泽强　198

7.3 连铸中间包内三维流动的数学模拟 朱苗勇 萧泽强　204

7.4 中间包内钢液流动、温度控制和夹杂物行为的数学模拟 盛东源 倪满森 邓开文 刘家奇 干勇 萧泽强　208

7.5 钢液密度对板坯中间包流场影响的数学模型 王建军 戴朝珊　李正邦 萧泽强　215

7.6　连铸中间包内钢液流动的数学模型 彭世恒　程乃良　谢蕴国 萧泽强　220

7.7　CFD技术在分析连铸中间包中冶金过程的应用 彭世恒　程乃良　杨卫宏 萧泽强　227

7.8　梅钢40t板坯中间包的工业试验与仿真分析 程乃良 彭世恒 王建军 萧泽强　236

7.9　底吹气连铸中间包内气液两相流的数值模拟 詹树华　欧俭平　萧泽强　244

8　几种热工装置及过程的数学模拟分析257

8.1 转炉型熔融还原反应器内二次燃烧现象物理和数学模型研究 余仲达　裴文国 萧泽强　258

8.2　U型蓄热式辐射管表面温度分布数值模拟研究 欧俭平 马爱纯　詹树华 蒋绍坚　萧泽强　265

8.3　锅炉烟气走廊三维流动特性数值计算 杨卫宏　赵渝渝　陈冬林　萧泽强　271

8.4　离心通风机内部流场三维瞬态计算 杨卫宏 周萍　萧泽强　278

8.5　双级旋风分离器特性的计算机预报 杨卫宏　萧泽强　285

9　高温低氧空气燃烧过程的数值模拟291

9.1 高温空气燃烧及换向过程中火焰结构和炉内燃烧产物流动状态的数值模拟 萧泽强　杨卫宏　蒋绍坚　周孑民　292

9.2　蜂窝陶瓷蓄热体格孔壁面应力变化特性的数值研究 欧俭平 蒋绍坚　吴创之　萧泽强　303

9.3 蓄热式加热炉内流体流动、燃烧与传热的数值模拟 欧俭平 吴道洪　萧泽强　308

9.4 蓄热式钢包烘烤器钢包内衬温度分布数值分析 欧俭平　詹树华　萧泽强　315

9.5 蓄热式钢包烘烤过程中钢包内高温低氧特性数值模拟 欧俭平 蒋绍坚　马爱纯 萧泽强　321

10　冶金单元过程和现象的数值模拟328

10.1 回转窑过程的数学模型及应用 肖兴国 李家新　曹同友　萧泽强　329

10.2　钢液中喂入铝线升温熔化过程的数学模拟 桂美文　萧泽强　341

10.3　熔渣中加入铬矿球团初期熔融现象的研究 王景华　萧泽强　351

10.4　气粉流喷吹熔池的通用数学模型 彭一川 韩旭 萧泽强　360

10.5　熔池浸入式侧吹下气液两相流流动状态的三维数值计算 詹树华　萧泽强　365