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高炉燃烧室内气粒两相流动和反应机理研究及数值模拟

沈学会  
【摘要】:针对全球高炉大型化的发展趋势,结合我国高炉冶炼的实际情况,本文在系统的分析了整个高炉燃烧室的物理和化学运动、反应机理的基础上,针对燃烧带和回旋区的不同运动机理,对燃烧带和回旋区分别进行了模拟、验证。主要内容包括: 1.对相关领域的国内外发展现状及趋势做了综述,详细阐明了燃烧室的反应形成机理。本文认为高炉燃烧室由风口燃烧带和上部回旋区共同构成,由于风口燃烧带属于层流流动,而上层回旋区则是更为复杂的湍流流动,因此首先对燃烧带和回旋区机理分别进行了细致的研究论述,为建立正确的数学模型提供了良好的基础。 2.对燃烧带内的气体流动物理过程和传热传质化学过程分别进行了分析,提取出模拟燃烧带的一维数学模型,作了详细的求解分析及结果讨论。 3.燃烧室回旋区内,焦炭颗粒在高温气流的带动下作回旋运动并伴有化学反应、传热传质现象。因此本文以流体力学和传热传质学为基础,建立了一个综合模拟回旋区物理化学过程的三维数模。并将冷态计算结果与用PDA试验测量系统测量得到的冷态试验数据作了分析对照。 4 利用现有的大型流体软件进行二次开发来分析实际工程问题可以免去对复杂方程的求解,成为越来越受欢迎的方法,本文利用国外大型流体软件对回旋区进行了模拟,结果与计算结果符合良好,可视化效果大大增强。 5 对课题所作工作进行了系统总结,并对进一步发展的前景提出了瞻望。 本课题在研究开发过程中,力求做到与我国的钢铁冶炼工况贴合,并使其具有前瞻性。在保证模拟的拟实性、方法的先进性的基础上,增强了可视化效果,并注意与高炉上部软熔带模块实现信息共享和通信。实验证明了本文模拟结果符合实际工况,本课题具有广阔的发展前景和实际工程应用价值。


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