氧化铝浓相输送过程的两相流建模及参数测量问题的研究

摘要

在铝电解生产中，氧化铝输送是非常重要的一个环节。尤其是在大型预焙槽生产中，难以使用人工加料，氧化铝输送的顺利与否将直接影响电解槽的正常生产。浓相输送是一种先进的物料输送技术，已被国外许多行业所采用。国内目前只在有色行业部分企业采用了一些稀相和浓相、超浓相输送技术，火力发电部分企业采用了浓相输送技术，水泥行业则采用了稀相输送技术，其他大部分行业均采用的是敞开式输送方式。浓相输送由于其先进性，在工业中得到了越来越广泛的应用，但是由于浓相输送过程是一个可压缩的气力输送过程，其物理机理比较复杂，要想使这项技术真正地应用于工业生产，还必须从流体力学、两相流理论对其进行详细的分析、建模与计算。 正是出于上述目的，本文对氧化铝浓相输送的过程进行了建模，并对输送过程中不易测量的氧化铝粉浓度进行了测量。 文中首先给出了稀相、浓相和超浓相的概念和区别，分析了浓相输送的原理。然后详细分析了在两相流研究中，主要存在的三类物理模型：连续介质模型、离散颗粒模型和流体拟颗粒模型。选用连续介质模型，建立了氧化铝浓相输送过程的两相流模型，而后用现场采集的数据，利用计算流体力学分析软件对所建立的模型进行了仿真。仿真结果证明所建模型较好地反映了工况，验证了模型的有效性。 在论文的第二部分，将软测量技术和数据融合技术结合起来，提出了浓相输送过程中氧化铝粉浓度的一种测量方案。选用两支电容传感器作为物理传感器。同时，用线性回归的方法，建立了氧化铝粉浓度和出口风压的软测量模型，以此模型作为一支软传感器。最后利用数据融合的方法对三支传感器的测量数据进行了融合处理，经验证，融合结果优于任一支单个传感器，证明这种测量方案具有较高的可靠性和准确性，可应用于氧化铝粉浓度的测量。

目录

文摘

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第1章绪论

1.1概述

1.2输送形式的分类

1.2.1稀相输送

1.2.2浓相输送

1.2.3超浓相输送

1.3浓相输送的原理

1.4本文主要研究内容

第2章浓相输送过程的两相流建模

2.1流体运动学基础

2.1.1连续介质假设

2.1.2描述流体运动的方法

2.1.3流体动力学的基本原理

2.2气固两相流的研究

2.3气固两相流的模型研究

2.3.1连续介质模型

2.3.2离散颗粒模型

2.3.3流体拟颗粒模型

2.4本文所采用模型

2.4.1基本方程组

2.4.2参数的确定

2.5本章小结

第3章气固两相流的数值模拟

3.1CFD通用软件FLUENT介绍

3.2数值模拟的基本原理及方法

3.3本文所采用的计算方法

3.3.1网格划分与方程离散

3.3.2计算步骤

3.3.3初始条件和边界条件

3.4计算结果与分析

3.5本章小结

第4章气固两相流固相浓度的测量

4.1固相浓度测量的现状

4.1.1固相浓度测量的方法

4.1.2固相浓度测量方法展望

4.2本文所采用的测量方法

4.2.1电容传感器测量浓度

4.2.2浓度软测量模型的建立

4.2.3数据融合结果及仿真

4.3本章小结

总结

参考文献

致谢

附录A：攻读学位期间所发表的学术论文目录