底吹炼铅熔炼炉内多相流动数值模拟与优化

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1、中图分类号亚墨12：堡!Z5UDC620硕士学位论文学校代码!Q5三三密级垒珏底吹炼铅熔炼炉内多相流动数值模拟与优化NumericalSimulationandOptimizationofMultiphaseFlowinBottomBlowing‘LeadSmeltingFurnace作者姓名：学科专业：研究方向：学院(系、所)：指导教师：刘方侃动力工程热工设备仿真与优化能源科学与工程学院闰红杰教授论文答辩日期丝f主：羔：驾答辩委员会主席中南大学二零一三年五月一奄一二平血月原创性声明本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以

2、标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：j至伍譬日期：且年』月上日学位论文版权使用授权书本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。础日期：边年上

3、月五日中南大学硕士学位论文摘要底吹炼铅熔炼炉内多相流动数值模拟与优化摘要：底吹炼铅熔池熔炼工艺为我国自主知识产权的新一代先进炼铅工艺，底吹熔炼炉为该工艺的关键设备，炉内高温熔体与富氧空气问的多相流动行为对于底吹炼铅熔池熔炼过程至关重要。因此，对炉内高温熔体与富氧空气间多相流动行为进行系统研究与优化，对于提高工艺冶金反应强度及能源利用效率，具有重要的理论及实际意义。本文以底吹炼铅熔炼炉为原型，经过合理的简化与假设建立熔炼炉物理模型，选择VOF多相流模型和Realizablek-￡模型，构建了熔炼炉内气一液两相流动的数学模型，实现了底吹炼铅熔炼炉内多相流动行为的非稳态数值模拟。通过单因素分

4、析的方法，得到了氧枪倾角、熔池深度、氧枪直径及氧枪间距等熔炼炉关键结构及操作参数的最优化影响区间，进而使用正交实验方法以及矩阵分析方法对熔炼炉进行多因素、多目标的优化分析，得到了各参数影响权重及最优化组合。本文的主要结论有：(1)通过合理的简化与假设完成了底吹炼铅熔炼炉的物理模型及数学模型的建立，完成了网格无关性检查并选择了合适的网格尺寸，且采用水模型实验的方法验证了数学模型的可靠性；(2)基准工况的数值模拟研究表明：富氧空气在熔池中的平均停留时间为0．35s；熔池区域的流体平均运动速度为0．18m／s，平均湍动能为0．092m2／s2，气相的平均上浮速度为4rials左右，熔池搅拌效

5、果较好：熔炼炉中反应活性区为氧枪区域靠近熔池液位的区域，最终熔池反应区的气含率为5．02％；熔炼炉内熔体喷溅严重，喷溅现象主要集中在氧枪区域上部；(3)采用正交实验方法以及矩阵分析方法的多因素、多目标优化分析结果表明：底吹炼铅熔炼炉的最优化方案的优化参数组合为：氧枪倾角150、熔池深度1420mm、氧枪直径25mm、氧枪间距1300mm；各优化参数的影响的主次顺序为：氧枪直径影响最大(41．12％)、熔池深度次之(28．46％)、氧枪间距影响相对较弱(22．29％)、氧枪倾角最弱(8．13％)。图24幅，表11个，参考文献68篇关键词：底吹炼铅熔炼炉；多相流；数值模拟；矩阵分析；综合优

6、化分类号：TF812，TKl75II中南大学硕士学位论文ABSTRACTNumericalSimulationandOptimizationofMultiphaseFlowinBottomBlowingLeadSmeltingFurnaceABSTRACT：TheprocessoftheleadsmeltingusingboRomblowingbath，whichisChina’Sindependentintellectualpropertyrightsofanewgenerationofadvancedleadsmeltingprocess．AndtheboRomblowinglea

7、dsmeltingfurnaceisthekeyequipmentforit．Themultiphaseflowbehaviorofhightemperaturemeltwithoxygen—enrichedairisessentialtotheprocessinthefurnace．Inthisdissertation，thenumericalsimulationmethodiSusedtosystematicanalysisandoptim