基于計(jì)算流體力學(xué)的高爐多相流整體建模.pdf

1、在整個(gè)鋼鐵冶金行業(yè)中，煉鐵高爐的重要地位無(wú)法替代。隨著我國(guó)煉鐵工業(yè)的高速發(fā)展，在鋼鐵行業(yè)增加產(chǎn)量，提高技術(shù)，以及推進(jìn)高爐大型化、自動(dòng)化的進(jìn)程中，新的科研難題擺在眾多科研工作者面前。高爐作為最復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)器之一，其內(nèi)部環(huán)境伴隨著高溫度、高壓力，在爐料下降和煤氣流上升過(guò)程中二者不斷接觸，動(dòng)量、能量和質(zhì)量之間的傳輸持續(xù)發(fā)生，各種物理化學(xué)反應(yīng)在相互制約下同時(shí)進(jìn)行。對(duì)其進(jìn)行解剖實(shí)驗(yàn)成本巨大、數(shù)據(jù)種類(lèi)有限，有著明顯缺陷;而現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際測(cè)量，也難以應(yīng)

2、對(duì)其惡劣條件，無(wú)法了解高爐內(nèi)部的詳細(xì)情況。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，考慮到安全性、經(jīng)濟(jì)性、準(zhǔn)確性，以及從實(shí)際生產(chǎn)的高爐過(guò)程進(jìn)行解析的角度考慮，建立高爐數(shù)學(xué)模型進(jìn)而求解并進(jìn)行仿真研究是必然的選擇。
　　 本文首先研究了高爐煉鐵的過(guò)程和規(guī)律，從高爐過(guò)程所遵循的質(zhì)量、動(dòng)量和能量守恒的物理規(guī)律入手，建立起基本的數(shù)學(xué)方程來(lái)進(jìn)行描述，基于計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)建立了高爐的整體二維數(shù)學(xué)模型的框架。接著，在合理的假設(shè)下，確定了氣、液、固三相之間的動(dòng)量、能量

3、和質(zhì)量的傳輸關(guān)系，考慮了高爐內(nèi)所發(fā)生的主要物理化學(xué)反應(yīng)，并將其引入源項(xiàng)，將各自的守恒方程具體化，建立起可以實(shí)施的多相流數(shù)學(xué)模型。然后，對(duì)比目前的手段，找到了合適的高爐數(shù)學(xué)模型的求解體系和計(jì)算方法?？紤]精度要求、編程的難易程度和計(jì)算量等問(wèn)題，選用應(yīng)用廣泛且物理意義明確的有限體積法;根據(jù)高爐的形狀特點(diǎn)，選用求解區(qū)域的邊界與坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸平行的圓柱坐標(biāo)系，達(dá)到簡(jiǎn)化計(jì)算的目的;采用速度較快的TDMA法進(jìn)行迭代計(jì)算，對(duì)離散方程進(jìn)行數(shù)值求解;流場(chǎng)的