旋轉脈沖吹氣法精煉過程氣泡的形成及分布.pdf

1、鋁合金由于具有密度低、比強度高、耐腐蝕性等特點,在航空航天制造業(yè)等得到了廣泛的應用。但是由于鋁合金熔煉過程中熔體中所含的氣體和夾雜物難以很好的去除,使得鋁初制品的質量大大降低?，F(xiàn)有的凈化方法中工業(yè)中常用的為旋轉噴吹法和熔劑法。旋轉噴吹法除氣時,噴頭的旋轉作用將氣泡打碎,形成很多的小氣泡,除雜效果不錯。但是對熔體的攪拌作用非常嚴重,使得上升到熔體表面的吸收了氣體和吸附了夾雜的氣泡被重新卷入熔體中,不利于凈化過程。熔劑法在熔體中可以產生均勻

2、的小氣泡,但是對熔體有很大的污染作用,且不利于于環(huán)境保護?，F(xiàn)在鋁合金凈化的發(fā)展目標是環(huán)保、靜態(tài)的凈化方法。所以研究靜態(tài)除氣過程中氣泡的形成以及分布顯得尤為重要。
　　本文將旋轉噴吹凈化和脈沖凈化的優(yōu)點結合起來,自行設計并加工出鋁合金凈化裝置。該裝置主要是通過定子與轉子的相對運動來實現(xiàn)脈沖進氣的目的。氣體通過轉子桿中心的孔進入裝置中,并流向轉子上開的六道氣槽中。定子上均勻分布一定尺寸和數(shù)目的小孔。當氣槽轉過孔所在的位置時,孔處有氣體

3、進入熔體中形成氣泡;氣槽轉離孔口處時,小孔處則沒有氣體。轉子的旋轉對孔口處的氣體實現(xiàn)切割作用,從而實現(xiàn)脈沖進氣,獲得小氣泡。
　　利用高速攝影技術對水-CO2以及聚乙烯醇-CO2水模擬實驗中氣泡的運動過程進行捕捉,研究了液體性質、氣體流量、轉子轉速、孔徑以及孔間距等參數(shù)對氣泡脫離以及上升過程的影響。并利用fluent的VOF模型研究氣泡脫離以及上升過程,并與水模擬實驗相對照,驗證數(shù)值模擬的正確性。通過改變實驗參數(shù),研究單個氣泡以及

4、水平雙氣泡和豎直雙氣泡在水中上升的形貌變化以及運動軌跡以及氮氣泡在鋁合金液中的形成過程。對于氣泡上升過程,結果表明:單個氣泡上升時,大氣泡更容易發(fā)生變形甚至破碎。隨著粘度的增大,氣泡上升速度變慢,但是由于氣泡橫向擺動的影響,使得縱向的質心速度隨著粘度的變化而呈現(xiàn)不同的規(guī)律。表面張力越大,氣泡更難以變形。水平雙氣泡上升軌跡對稱,隨著距離的增大,氣泡之間的相互影響減弱,可以看成單個氣泡獨立上升過程。液體物性參數(shù)對水平雙氣泡的影響同單個氣泡的

5、運動規(guī)律相似。表面張力對豎直氣泡接觸過程中的融合影響很明顯。表面張力比較小時,接觸后未形成穩(wěn)定的大氣泡便發(fā)生破碎。對于氣泡形成過程,結果表明:氣泡脫離時大小隨孔徑和流速的增大而增大。單位時間氣泡數(shù)目隨著孔徑的增大而減少,但隨著流速的增大而增大。氣泡脫離時直徑隨著粘度以及表面張力的增大而增大,單位時間氣泡數(shù)目減少。密度增大,氣泡脫離時尺寸減小,脫離時間減小,單位時間氣泡數(shù)目增多。小流速時應用大脈沖,大流速時采用小脈沖,即為保證獲得形成一定