具体描述
内容简介
本书着重阐述了炼钢过程中流体流动现象的数值计算方法。全书分三部分，即流动理
论、数值方法和应用技术。前三章介绍了描述流体流动现象的基本方程和湍流模型。第四
至第七章介绍了基本的计算流体力学方法，其中以压力修正法为主，阐述了流体流动方程
的离散化方法、迭代算法和涉及的其他相关问题。第八至第十一章介绍了计算流体力学方
法在模拟炼钢中传输现象的应用技术，包括复杂装置的处理、与电磁场的耦合及多相流动
模拟等。
本书可作为冶金、化工和热能等专业的研究生、高年级本科生的教学用书，也可作为
从事此方面研究的科研工作者的参考书。
作者简介
目录信息
1绪论
1.1热流体流动过程的重要性
1.2研究方法
1.2.1实验研究
1.2.2理论分析
1.2.3数学模拟
1.2.4数学模拟的本质
1.3本书的目的
参考文献
2描述热流体流动现象的基本方程
2.1问题的分类及数学表达
2.1.1变量ρ
2.1.2变量ΓΦ
2.1.3源项SΦ
2.1.4两相流问题
2.2适定性问题和求解条件
2.3正交曲线坐标系中的基本量
2.3.1一般正交曲线坐标系
2.3.2正交曲线坐标系中的运算子
2.4正交曲线坐标系中的基本方程
2.4.1连续性方程
2.4.2运动方程
2.4.3能量方程
2.5正交曲线坐标系下规范型流动方程
2.5.1规范型连续性方程
2.5.2Naiver－Stokes方程
2.5.3k－ε双方程湍流模型
2.5.4温度场的数学描述
2.5.5浓度场的数学描述
参考文献
3湍流模型理论
3.1引言
3.2模拟的原则
3.3雷诺应力模型（微分模型 RSM）
3.3.1雷诺应力方程与k方程的模型
3.3.2ε方程的模型
3.3.3uiθ方程的模型
3.4代数应力的模型（k－ε－A模型，ASM）
3.5二方程模型涡粘性模型，k－ε－E
3.5.1Jones&Launder（1972）模型
3.5.2RNGk－ε湍流模型
3.6一方程模型（k方程模型）
3.7双尺度二阶湍流模型
3.8湍流模型评价
参考文献
4区域离散化及建立离散方程的方法
4.1热流体流动现象控制方程的守恒性质
4.2空间区域的离散化方法
4.3泰勒（Tayl0r）级数展开及多项式拟合法
4.4控制容积积分法及平衡法
4.5差分方程的相容性、收敛性及稳定性
4.6离散方程的守恒特性
参考文献
5对流－扩散方程的差分格式
5.1中心差分与迎风差分
5.2混合格式与乘方格式
5.3五种三点格式系数特性的分析
5.4二阶迎风格式与QUICK（奎克）格式
5.5正交曲线坐标系下三维对流－扩散差分方程的推导
5.5.1控制方程的积分形式
5.5.2控制方程的差分形式
参考文献
6求解热流体流动问题的压力修正法
6.1流场控制方程及数值求解中的困难
6.2交错网格及动量方程的离散
6.3求解Navier－Stokes方程的压力修正算法
6.4SIMPLE算法的计算步骤
6.5SIMPLE算法的讨论
6.6SIMPLE算法的发展与改进
6.6.1SIMPLER算法
6.6.2SIMPLEST算法
6.6.3SIMPLEC算法
6.6.4SIMPLE的戴特（Date）修正方案
6.7边界条件
6.7.1壁面速度边界条件
6.7.2壁面函数
6.7.3其他标量的边界条件
6.7.4流动边界
6.8求解代数方程的迭代法
6.8.1TDMA算法
6.8.2点迭代法
6.8.3块迭代法
6.8.4交替方向块迭代法
6.8.5加速迭代解法收敛速度的块修正技术
参考文献
7求解热流体流动问题的其他方法
7.1强制对流的涡量－流函数法
7.2涡量－流函数法边界条件的确定
7.2.1入口边界
7.2.2中心线上
7.2.3固体边界
7.2.4出口边界
7.2.5尖角点上的ε值
7.3自然对流换热过程的涡量－流函数法计算
7.3.1数学模型
7.4自由边界流体流动的处理方法
参考文献
8复杂几何装置的处理方法
8.1阶梯网格法
8.2利用阶梯网格法处理电弧炉熔池倾斜壁
8.2.1数学模型
8.2.2计算方法
8.2.3物理模型
8.2.4结果与讨论
8.3保角变换法
8.3.1保角变换的基本概念
8.3.2单位圆中心点变换到任意圆的偏心点
8.4适体坐标的网格生成
8.4.1微分方程法生成适体坐标原理
8.4.2控制方程向计算平面转换的基本关系式
8.4.3控制方程的离散及求解
8.4.4采用偏微分方程法进行网格坐标变换的实例
8.5计算平面上的SIMPLE算法
8.5.1控制方程的离散
8.5.2计算平面的SIMPLE算法
8.6利用适体坐标网格计算底吹钢包内钢液流场
8.7空度技术在模拟复杂几何装置内流动现象的应用
8.7.1空度的概念
8.7.2实施方法
8.7.3算例
参考文献
9电磁流体力学在连铸中的应用
9.1电磁力的作用
9.2连铸结晶器电磁制动过程的数学模型
9.2.1磁场的计算
9.2.2流场的计算
9.2.3电磁力的计算
9.2.4边界条件及算法
9.2.5冲击强度的确定
9.3区域制动时结晶器内流场模拟
9.4电磁制动法缩短钢坯过渡段的数值模拟
9.5双区制动对板坯连铸结晶器流场的影响
9.6薄板坯连铸结晶器内钢液流场电磁制动的模拟研究
9.6.1数学模型
9.6.2物理模型实验
9.6.3数值模拟结果
参考文献
10多相流动的数值模拟
10.1多流体模型
10.2底吹钢包内气液两相流的数值模拟
10.2.1气液两相流数学模型
10.2.2初始条件和边界条件
10.2.3数值计算步骤
10.2.4结果与讨论
10.3均相流模型
10.4粒子在流体中的运动
10.4.1粒子运动轨迹方程
10.4.2铁锰合金颗粒在底吹钢包内的运动分析
10.4.3双区制动情况下板坯连铸结晶器内夹杂物运动的轨迹
参考文献
11计算流体力学在炼钢中的应用和发展
11.1引言
11.2计算流体力学应用于炼钢中所面临的问题
11.2.1边界条件
11.2.2模拟软件
11.2.3材料的物性数据
11.3计算流体力学在炼钢中的应用和发展概况
11.3.1钢包精炼过程数学模拟
11.3.2连铸结晶器过程数学模拟
11.4计算流体力学的作用
11.5结束语
参考文献
· · · · · · (收起)
读后感
用户评价
这本书给我带来的，不仅仅是技术知识的增长，更是一种对工程科学魅力的全新认知。我最初被它吸引，是因为它将“计算流体力学”这样一个看似抽象的学科，与“炼钢”这样一个古老而又重要的工业过程联系在了一起。阅读过程中，我发现作者在这本书中巧妙地平衡了理论的严谨性和实践的指导性。在讲解CFD的基本理论时，作者并没有采取“填鸭式”的教学方法，而是通过生动的比喻和形象的图示，将复杂的数学模型和物理概念变得触手可及。我仿佛看到了作者在实验室里，一遍遍地进行模拟实验，然后将那些珍贵的经验和洞察，毫无保留地呈现在我的面前。书中关于“网格划分策略”的讨论，让我深刻理解了不同网格类型和尺寸对模拟结果精度的影响，以及如何根据具体的炼钢工艺特点来选择最优化的网格方案。而关于“边界条件设置”的详尽解析，更是直接解决了我在实际应用中常常遇到的困惑。更让我印象深刻的是，作者在探讨CFD在炼钢中的应用时，并没有停留在“模拟”层面，而是进一步深入到“优化”和“控制”，展示了如何利用CFD的结果来指导实际生产，实现工艺流程的改进和创新。这本书让我看到了CFD技术强大的解决实际问题的能力，也让我对工程科学的未来发展充满了信心。
不得不说，这本书的深度和广度都超出了我的预期。我原本以为它会是一本偏重于理论推导的书籍，但实际阅读下来，却发现它更像是对CFD在现代炼钢实践中应用的百科全书。作者在梳理CFD基本原理时，选择了最贴合炼钢工艺的切入点，例如，在讲解数值离散方法时，他会立刻将其与炼钢过程中流体运动、热量传递等物理现象联系起来，让你在理解抽象概念的同时，也能直观地感受到它们在实际应用中的重要性。我非常欣赏书中关于“多物理场耦合”的章节，它详细阐述了如何在CFD模型中整合流体动力学、传热学、化学反应动力学等多个学科的知识，以实现对炼钢过程更全面、更准确的模拟。这种跨学科的整合能力，正是现代工程模拟的核心所在。而且，作者在探讨不同模拟方法的优缺点时，不仅给出了理论依据，还结合了大量的实际案例，分析了不同方法在应对特定炼钢问题时所表现出的效率和精度。这对于读者选择合适的模拟工具和方法，具有极高的指导意义。读这本书，我感觉自己仿佛置身于一个现代化的炼钢厂，通过CFD的“眼睛”，观察着每一个环节的精细运作，感受着科技如何让这个古老的行业焕发出新的活力。这本书无疑为我提供了一个理解和应用CFD技术在工业领域解决复杂问题的绝佳视角。
我一直认为，真正的技术书籍，不应该只是冷冰冰的教科书，而应该是一扇窗，一扇能让我们窥见行业前沿、洞察发展趋势的窗。这本《炼钢中的计算流体力学》恰恰做到了这一点。虽然书名听起来有些专业，但阅读过程却充满了启发性。作者在介绍CFD理论基础时，并没有像许多同类书籍那样枯燥乏味，而是巧妙地将其与炼钢的具体场景相结合，用生动的语言和清晰的逻辑，层层递进地阐述了CFD是如何帮助我们理解和控制炼钢过程中错综复杂的物理化学过程的。我尤其欣赏书中关于“过程理解”的强调。他不仅仅是教我们如何“计算”，更重要的是教我们如何“理解”计算结果的物理意义，如何通过CFD模拟来揭示那些肉眼无法直接观察到的现象，例如熔池中的流场分布、杂质的去除机制、以及温度场的均匀性等等。这些对于提升炼钢工艺的精准度和效率至关重要。书中对不同模拟软件的优劣势分析，以及模型构建的细节探讨，都非常实用，让我在理论学习的同时，也能为实际操作打下坚实基础。我感觉作者像一位经验丰富的导师，循循善诱，引导我一步步深入探索CFD在炼钢领域的应用奥秘。这本书不仅为我打开了CFD技术的大门，更让我看到了数字化技术在推动传统工业升级换代中的巨大潜力，这种前瞻性的视角让我受益匪浅。
我一直对那些能够将复杂科学原理转化为实际应用的书籍情有独钟，而这本《炼钢中的计算流体力学》正是这样一本杰作。它并没有回避CFD的数学和物理基础，但却以一种极其清晰和易于理解的方式呈现出来，并将其完美地融入到炼钢这个具体而又庞大的工业体系中。我尤其惊喜地发现，作者在介绍CFD的基本概念时，充分考虑到了读者的背景，他并没有假设读者已经是CFD领域的专家，而是从最基础的方程组开始，逐步引导，让你在不知不觉中掌握了CFD的核心思想。书中关于“湍流建模”的章节，我感觉是最具启发性的部分之一。作者并没有简单地罗列几种湍流模型，而是深入分析了不同模型在描述炼钢过程中不同尺度湍流行为时的适用性，并给出了如何选择最合适的模型来获得准确模拟结果的建议。这对于任何想要将CFD应用于实际工程问题的人来说，都具有极高的价值。此外，书中对CFD在预测钢水纯度、优化电磁搅拌、控制连铸过程等方面应用的详尽介绍，更是让我看到了CFD技术在提升炼钢效率、保障产品质量方面的巨大潜力。这本书不仅是一本技术指南，更是一次关于如何用现代科学工具解决工业难题的深度探索。
这本书的光辉，远不止于标题所暗示的那些冰冷的数据流和湍流模型。我怀着一份对技术革新和制造业未来的憧憬翻开它，却惊喜地发现，它像一位经验丰富的老工匠，在细致入微地讲述着一门古老艺术如何在现代科技的浪潮中焕发生机。作者并非仅仅罗列公式和算法，而是巧妙地将计算流体力学（CFD）的精髓，编织进了炼钢这一复杂而迷人的生产过程之中。我仿佛看到了炽热的钢水在模拟环境中翻滚，看到了冷却过程中的细微变化，甚至能“听”到那金属凝固时的低语。书中关于湍流模型选择的详尽分析，以及不同模型在模拟高炉、转炉、连铸等关键环节时所展现出的差异和优势，都让我对CFD的强大能力有了更深层次的认识。那些关于网格划分、边界条件设置的讨论，更是如同给初学者指明了方向，避免了在实践中可能遇到的无数陷阱。更让我着迷的是，作者并没有止步于理论的陈述，而是通过大量实际案例的分析，生动地展示了CFD在优化工艺参数、提高产品质量、降低能耗和排放等方面所发挥的关键作用。读完后，我不仅对炼钢过程有了更宏观的理解，更深刻地体会到了数字化模拟技术如何赋能传统工业，推动其向智能化、绿色化转型。这是一本真正能引发思考、激发实践的书，它让我看到了技术进步的无限可能，也让我对未来工业发展充满了期待。
