[发明专利]一种铝熔体净化过程倾斜式水模拟实验装置及其实验方法

说明书

本发明涉及一种铝熔体净化过程倾斜式水模拟实验装置及其实验方法，该装置包括气源装置、机架、电机支架、滑台组件、传动组件、倾斜台组件、变频器、控制柜体、透明容器和用于控制传动组件的PLC单片机，该方法以澄清水为介质模拟铝合金熔体，选用透明亚克力方桶作为盛装水介质的容器，通过观测以倾斜方式通入的气体在水中的演变过程，实现对炉内或在线进行净化过程的模拟，并通过倾斜角度的调整达到完全相似的程度。通过本发明方法进行的模拟实验，能够直观观察记录透明容器中流场速度分布、气泡分布及大小，最终实现对不透明铝合金熔体在特定工艺条件下（例如：转轴倾斜）气‑液两相流场的准确预测。

技术领域

本发明涉及冶金工程技术领域，具体是指一种可用于定性定量描述、分析铝合金熔体炉外旋转喷吹净化过程流场特性的倾斜式水模拟实验装置及其实验方法。

背景技术

目前，国内外普遍采用水模拟实验技术研究铝合金精炼净化过程中的气泡分布的情况、气泡大小变化的特性、气液界面行为及流场结构特点等性能指标。为了体现出铝合金精炼净化过程流动（原型）的主要现象，并做出准确预测，水模拟实验在几何尺寸、运动状态和轨迹、动力特性等方面对实验装置（模型）有很高的要求：模型和原型必须保持严格的流动力学相似关系。然而，国内对倾斜式水模拟实验装置的研发重视不够，现有的一些倾斜式水模拟实验装置达不到完全相似的程度，导致试验结果与实际数据之间存在较大误差，具体来说，国内倾斜式水模拟实验装置存在以下不足：

1. 不具备调整转轴在容器中倾斜角度的功能；

2. 不能实现气体经由叶轮喷嘴径向射入水中形成气泡的物理场景；

3. 气体流量及叶轮与方桶底部之间距离不能精准调节；

4. 不具备编程控制转子的转速、转向、运行时间的功能。

上述不足，直接影响了在特定条件下（转轴倾斜）气-液两相流测试结果的可靠性，进而制约了铝合金精炼净化工艺的改进。因此，有必要开发出一种仪器级的倾斜式水模拟实验装置，通过对可视化流场的定性定量地描述，掌握各影响因素对气泡的大小、分散程度及运动状的作用机理与规律。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种铝熔体净化过程倾斜式水模拟实验装置及其实验方法，采用该装置进行水模拟实验，能够直观观察记录透明容器中流场速度分布、气泡分布及大小，最终实现对不透明铝合金熔体在特定工艺条件下（例如：转轴倾斜）气-液两相流场的准确预测。

解决上述技术问题的技术方案是：一种铝熔体净化过程倾斜式水模拟实验装置，包括气源装置、机架、电机支架、滑台组件、传动组件、倾斜台组件、变频器、控制柜体、透明容器和用于控制传动组件的PLC单片机；

所述机架包括底板、动板和支柱，所述动板通过圆螺母安装在底板上方，所述动板上还设置有用于安装倾斜台组件的垫板，所述垫板的上端面为斜面；

所述电机支架包括U形框、卡板和盖板，所述盖板安装在U形框上，卡板安装在盖板上；

所述滑台组件包括丝杆、丝杆螺母、滑台手轮和互相配合的燕尾滑块座、燕尾滑块，所述丝杆及丝杆螺母位于燕尾滑块座内，丝杆螺母与燕尾滑块连接，所述丝杆一端穿出燕尾滑块座并通过丝杆轴承座与滑台手轮连接，所述燕尾滑块上设置有用于定位燕尾滑块与燕尾滑块座位置的锁紧螺钉，燕尾滑块座和燕尾滑块间设置有用于调节间隙的垫片；

所述传动组件包括旋转接头、电机、空心转轴和多孔叶轮，所述空心转轴的上端和下端分别与旋转接头、多孔叶轮连接，所述空心转轴上安装有从动带轮，电机输出轴上安装有主动带轮，从动带轮和主动带轮通过传动带连接，所述多孔叶轮是其上开有多个径向喷射孔的叶轮结构，所述径向喷射孔与空心转轴连通；