基于計算流體力學(xué)的高爐多相流整體建模.pdf

1、在整個鋼鐵冶金行業(yè)中，煉鐵高爐的重要地位無法替代。隨著我國煉鐵工業(yè)的高速發(fā)展，在鋼鐵行業(yè)增加產(chǎn)量，提高技術(shù)，以及推進高爐大型化、自動化的進程中，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程中二者不斷接觸，動量、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)在相互制約下同時進行。對其進行解剖實驗成本巨大、數(shù)據(jù)種類有限，有著明顯缺陷;而現(xiàn)場的實際測量，也難以應(yīng)

2、對其惡劣條件，無法了解高爐內(nèi)部的詳細(xì)情況。隨著計算機技術(shù)的進步，考慮到安全性、經(jīng)濟性、準(zhǔn)確性，以及從實際生產(chǎn)的高爐過程進行解析的角度考慮，建立高爐數(shù)學(xué)模型進而求解并進行仿真研究是必然的選擇。
　　 本文首先研究了高爐煉鐵的過程和規(guī)律，從高爐過程所遵循的質(zhì)量、動量和能量守恒的物理規(guī)律入手，建立起基本的數(shù)學(xué)方程來進行描述，基于計算流體動力學(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，將各自的守恒方程具體化，建立起可以實施的多相流數(shù)學(xué)模型。然后，對比目前的手段，找到了合適的高爐數(shù)學(xué)模型的求解體系和計算方法?？紤]精度要求、編程的難易程度和計算量等問題，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，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)到簡化計算的目的;采用速度較快的TDMA法進行迭代計算，對離散方程進行數(shù)值求解;流場的