底吹煉鉛熔煉爐內(nèi)多相流動(dòng)數(shù)值模擬與優(yōu)化.pdf

1、底吹煉鉛熔池熔煉工藝為我國自主知識產(chǎn)權(quán)的新一代先進(jìn)煉鉛工藝，底吹熔煉爐為該工藝的關(guān)鍵設(shè)備，爐內(nèi)高溫熔體與富氧空氣間的多相流動(dòng)行為對于底吹煉鉛熔池熔煉過程至關(guān)重要。因此，對爐內(nèi)高溫熔體與富氧空氣間多相流動(dòng)行為進(jìn)行系統(tǒng)研究與優(yōu)化，對于提高工藝冶金反應(yīng)強(qiáng)度及能源利用效率，具有重要的理論及實(shí)際意義。
　　本文以底吹煉鉛熔煉爐為原型，經(jīng)過合理的簡化與假設(shè)建立熔煉爐物理模型，選擇VOF多相流模型和Realizable k-ε模型，構(gòu)建了熔煉爐

2、內(nèi)氣-液兩相流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)了底吹煉鉛熔煉爐內(nèi)多相流動(dòng)行為的非穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬。通過單因素分析的方法，得到了氧槍傾角、熔池深度、氧槍直徑及氧槍間距等熔煉爐關(guān)鍵結(jié)構(gòu)及操作參數(shù)的最優(yōu)化影響區(qū)間，進(jìn)而使用正交實(shí)驗(yàn)方法以及矩陣分析方法對熔煉爐進(jìn)行多因素、多目標(biāo)的優(yōu)化分析，得到了各參數(shù)影響權(quán)重及最優(yōu)化組合。本文的主要結(jié)論有:
　　(1)通過合理的簡化與假設(shè)完成了底吹煉鉛熔煉爐的物理模型及數(shù)學(xué)模型的建立，完成了網(wǎng)格無關(guān)性檢查并選擇了合適的網(wǎng)格

3、尺寸，且采用水模型實(shí)驗(yàn)的方法驗(yàn)證了數(shù)學(xué)模型的可靠性;
　　(2)基準(zhǔn)工況的數(shù)值模擬研究表明:富氧空氣在熔池中的平均停留時(shí)間為0.35 s;熔池區(qū)域的流體平均運(yùn)動(dòng)速度為0.18 m/s，平均湍動(dòng)能為0.092 m2/s2，氣相的平均上浮速度為4 m/s左右，熔池?cái)嚢栊Ч^好;熔煉爐中反應(yīng)活性區(qū)為氧槍區(qū)域靠近熔池液位的區(qū)域，最終熔池反應(yīng)區(qū)的氣含率為5.02％;熔煉爐內(nèi)熔體噴濺嚴(yán)重，噴濺現(xiàn)象主要集中在氧槍區(qū)域上部;
　　(3)采用