高爐煤氣環(huán)縫洗滌器內(nèi)氣液兩相流動(dòng)的數(shù)值模擬

【摘要】： 在冶金行業(yè)中,Bischoff除塵系統(tǒng)以其良好的爐頂壓力控制能力和高質(zhì)量的對(duì)高爐煤氣的洗滌能力被新建的許多大型高爐所采用。加裝Bischoff系統(tǒng)后還便于對(duì)高爐爐頂余壓透平發(fā)電(Top Gas Press Recovery Turbine TRT)的燃?xì)馔钙竭M(jìn)行控制。采用Bischoff系統(tǒng)配合高壓高爐及TRT設(shè)備是比較高效率的搭配,既能提高高爐效率又有利于環(huán)保和節(jié)約能源,對(duì)其內(nèi)部?jī)上嗔鲃?dòng)和阻力特性的研究具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和工程實(shí)際意義。 了解Bischoff除塵系統(tǒng)的關(guān)鍵部件環(huán)縫洗滌器的阻力特性是控制爐內(nèi)壓力控制的重要基礎(chǔ)。環(huán)縫洗滌器內(nèi)是一個(gè)高速可壓縮三維流動(dòng)過(guò)程,并伴隨有高爐煤氣和霧化水滴的兩相流動(dòng)傳熱。本文對(duì)高爐煤氣環(huán)縫洗滌器內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行了分析,建立了環(huán)縫洗滌器內(nèi)氣液兩相流動(dòng)的一維和三維物理數(shù)學(xué)模型。首先對(duì)用均質(zhì)流模型建立的一維微分方程模型使用四階Runge-Kutaa方法計(jì)算了差壓隨環(huán)縫元件高度的變化情況,以及250mm工況下變流量的差壓情況;然后重點(diǎn)對(duì)三維模型進(jìn)行了研究,在Gambit中對(duì)計(jì)算區(qū)域進(jìn)行多塊混合網(wǎng)格劃分,應(yīng)用Fluent求解器對(duì)該模型進(jìn)行了數(shù)值求解。對(duì)環(huán)縫洗滌器內(nèi)的湍流采用重整化群(RNG)k-ε雙方程湍流模型處理,控制方程的對(duì)流項(xiàng)采用二階上風(fēng)格式進(jìn)行離散,擴(kuò)散項(xiàng)采用線形插值多項(xiàng)式進(jìn)行計(jì)算,速度和壓力耦合計(jì)算采用SIMPLE算法。對(duì)環(huán)縫洗滌器內(nèi)液滴運(yùn)動(dòng)采用Lagrangian離散相模型進(jìn)行模擬,并考慮氣液兩相間的相互影響。 求解過(guò)程中,針對(duì)氣液兩相相互作用的理想可壓縮流動(dòng)計(jì)算難于收斂的特點(diǎn),采用較小的欠松弛因子(ω=0.1~0.2)以及逐漸加大流量的方法保證迭代收斂。針對(duì)不同煤氣流量、不同環(huán)縫阻力件升程以及不同水氣比條件下環(huán)縫洗滌器內(nèi)的兩相流動(dòng)傳熱過(guò)程進(jìn)行了模擬計(jì)算,得到條件不同運(yùn)行工況下環(huán)縫洗滌器的流場(chǎng)及阻力特性,并與一維分析模型所得出的結(jié)果進(jìn)行了比較,并總結(jié)出各個(gè)運(yùn)行參數(shù)對(duì)環(huán)縫洗滌器阻力的影響規(guī)律,探討了一維模型和三維模型的結(jié)果差異的原因。最后,根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了分析和整理,結(jié)合高爐環(huán)縫洗滌器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)總結(jié)出了環(huán)縫洗滌器阻力與結(jié)構(gòu)和運(yùn)行參數(shù)的的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式,為高爐環(huán)縫洗滌器的現(xiàn)場(chǎng)控制提供了科學(xué)的依據(jù)。 【關(guān)鍵詞】：環(huán)縫洗滌器 可壓縮流 氣液兩相流 離散相模型 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號(hào)】：TF54
【目錄】：

• 中文摘要4-5
• 英文摘要5-9
• 主要符號(hào)說(shuō)明9-10
• 1 緒論10-23
• 1.1 概述10
• 1.2 課題研究的意義及其應(yīng)用背景10-11
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述11-21
• 1.3.1 定徑文氏管除塵器內(nèi)兩相流動(dòng)的解析模型和經(jīng)驗(yàn)式模型11-18
• 1.3.2 文氏管內(nèi)氣液兩相環(huán)狀流動(dòng)及數(shù)值模型研究現(xiàn)狀18-21
• 1.3.3 存在的問(wèn)題及今后的發(fā)展方向21
• 1.4 本課題的研究任務(wù)21-23
• 2 環(huán)縫洗滌器氣液兩相流動(dòng)物理模型23-26
• 3 環(huán)縫洗滌器的一維模型26-34
• 3.1 環(huán)縫洗滌器的一維平衡流動(dòng)模型26-34
• 3.1.1 平衡流動(dòng)假設(shè)的合理性26
• 3.1.2 平衡流動(dòng)數(shù)學(xué)模型的建立及求解26-31
• 3.1.3 一維型邊界條件分析31-34
• 4 環(huán)縫洗滌器三維數(shù)值模型34-69
• 4.1 CFD 計(jì)算模型的選擇34
• 4.2 控制方程34-36
• 4.2.1 氣相控制方程34-35
• 4.2.2 液滴運(yùn)動(dòng)方程35-36
• 4.3 初邊值條件36-39
• 4.4 網(wǎng)格劃分和計(jì)算過(guò)程39-41
• 4.5 計(jì)算結(jié)果及其分析41-69
• 4.5.1 計(jì)算結(jié)果41-58
• 4.5.2 計(jì)算結(jié)果分析58-62
• 4.5.3 環(huán)縫洗滌器阻力特性分析62-69
• 5 結(jié)論69-70
• 致 謝70-71
• 參考文獻(xiàn)71-74
• 附 錄:作者在攻讀碩士學(xué)位期間論文發(fā)表情況74-75
• 獨(dú)創(chuàng)性聲明75
• 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)75

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