基于多相流的高炉仿真模型研究

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第27卷第7期武汉理工大学学报VoI．27No．72005年7月JOURNALOFWUHANUNIVERSITYOFTECHN0LoGYJu1．2005基于多相流的高炉仿真模型研究史岩彬，陈举华，张丽丽(山东大学机械工程学院，济南250061)摘要：利用CFD(computationalfluiddynamim)技术建立炼铁高炉内部二维数学模型，模拟了多相态在高炉中的运动及热传递情况。模型中包括气、液、颗粒和粉相态，对高炉中存在的主要化学反应做了简化处理。模型充分考虑了各相态之间的耦合作用，体现它们之间相互关系。能够预测

2、当一种相态的参数变化时，其它各相所会产生的相应状态变化。通过计算可得到各个相态的稳态速度、温度等结果，尤其软熔带、回旋区等关键区域的仿真情况对高炉操作非常重要，为高炉的系统仿真和高效运行提供了有力工具。关键词：高炉；CFD；数学模型；耦合；仿真中图分类号：TF531文献标志码：A文章编号：1671—4431(2005)07—0084—04NumericalSimulationResearchofMultiphaseFluidinBlastFurnaceSHIYan—bin，CHENJv-hua，ZH47、K；L—Z(SchoolofMechanicalEngineer

3、ing，ShandongUniversity，Jinan250061，China)Abstract：Atwodimensionalmathematicalmodelofironmakingblastfurnace(BF)WasbuiltbyusingCFDtechnology．Themultiphasefluid，motionandheattransferinBFweresimulated．Phaseofgas，liquid，particleandfinewereincludedinthismode1．aswellassimplechemicalreaction．Th

4、emodelconsideredthecoupledrelationshipsofphases，s0everyphasecanchangeasthechangesofotherphasecharacters．Thesteadyvelocityandtemperatureofper-phasecanbedescribedbynumericalcalculation，especiallythesimulationresultsofcohesivezoneandracewaywhichwereveryimportantforBF．Thetheoryandmodelbuilt

5、providedahelpfultryforBFsimulation，andnewmethodforguidanceonBFoperation．Keywords：blastfurnace；CFD；mathematicalmodel；coupling；simulation近年来，高炉冶炼采用先进理论分析和测量手段，运行得到改善。且随着高速计算机和高效计算方法的出现，使得建立多维多相高炉模型更准确揭示炉内状态和耦合机理变得可行和有意义。国内现有高炉模型，给出的信息少，而国外在这方面已经取得很多成果，利用CFD等技术⋯建立多相耦合高炉模型[，对炉内描述详尽。文章所建立数学模

6、型将高炉过程分为气、颗粒(焦炭和矿)、液(热熔金属)及粉(煤粉)4种相态，充分研究耦合过程，并针对国内高炉情况做了相应仿真计算。1高炉数学模型的建立根据高炉情况(见图1)，建立高炉模型为二维轴对称形式，模型涉及到稳态情况下4个相态的多物理量守恒。通用守恒方程如下(e“)+(您私)=(e)+1Oarre)+5(1)收稿日期：2005—03—24．基金项目：山东省自然科学基金(Y2002F19)；山东省科学技术发展计；~1(012050107)和山东省技术创新项目(鲁经贸技字2003[182])．作者简介：史岩彬(1979一)，男，博士生．E-mail：shiyanbin

7、_shabby@163．com维普资讯http://www.cqvip.com第27卷第7期史岩彬，等：基于多相流的高炉仿真模型研究85式中，e为i相体积比；为相密度；“为相速度轴向分量；为i相速度径向分量；r为径向坐标。i为g、l、s、f时分别代表气、固、液、粉相。式(1)中通过应变量设定扩散系数和源项S为相应值，可表示所有守恒方程。1．1相间动量传递气一颗粒相问曳力项利用Eegun[3,4]方程，则材料m(矿、焦)对气流阻力由下式计算Fm=E1．75pg+()]×()c2式中，ll为i相隙问流速矢量；d为平均粒径；为相粘度；为颗粒形状因数。则气一