烧结矿余热回收竖罐内气固传热模型研究

摘要

烧结矿余热竖罐式回收是借鉴CDQ结构与工艺提出的一种烧结矿余热高效回收利用方式，其核心问题之一是竖罐内烧结矿与冷却空气之间的传热问题，属于移动床内气固传热问题。在当前研究床层内气固传热问题的方法中，数值计算是主要研究方法之一，而气固传热模型的建立又是数值计算的关键。因此，本文借鉴非流态床层气固传热理论开展了烧结矿余热回收罐体内气固传热模型研究，为后续的数值计算奠定良好的基础。
　　目前，有关移动床内稳态气固传热模型的研究仅局限于干熄炉和高炉中，且其能量方程的研究或描述并不充分;而有关烧结矿层内气固传热模型的研究全部局限于烧结环冷机内，且烧结矿层内的气固传热过程为非稳态过程;同时，以上研究还存在着3点不足，即床层空隙率被视为常数，采用传统Ergun公式计算料层阻力损失，以及采用普适经验公式计算床层内的气固传热过程，这些一定程度上影响了计算的准确性。基于此，本文首先采用测量法和注水-成像法确定了烧结矿颗粒形状因子和烧结矿层空隙率分布;其次，将局部非热力学平衡双能量方程引入到竖罐气固传热模型中，并通过理论分析推导出求解竖罐内稳态气固传热过程的双能量方程;然后，运用FLUENT软件二次开发平台，即采用自定义函数UDF将床层的空隙率分布、阻力系数和气固换热系数等模型参数编译到竖罐气固传热模型中;最后，以热态移动床实验结果为判据，定量研究了单双能量方程、不同床层空隙率分布、不同床层阻力系数、不同气固换热系数等对数值计算结果准确性的影响，藉此确定了适用于求解竖罐内气固传热过程的基本参数。
　　根据以上研究，得出如下结论:
　　(1)烧结矿颗粒形状因子与其三维长度之间的关系为Φs=(b/a)0.6557(c/b)0.6771
　　(2)罐体内床层平均空隙率随着床层几何因子的增大而减小，最终趋于常数。罐体内床层空隙率在管壁附近存在峰值，并向料层中心衰减，到料层中心处达到最小值。
　　(3)对竖罐气固传热模型进行计算，并以实验结果为判据进行单一条件对比，可知:双能量方程比单能量方程、烧结矿层径向空隙率分布比空隙率为常数、烧结矿层阻力系数比传统Ergun阻力系数、烧结矿层气固传热系数比传统经验公式，所得计算误差均有所减小。

目录

声明

摘要

第1章 概述

1．1 问题的提出及意义

1．2 床层内气固传热模型的研究现状

1．3 本文主要研究内容及创新

第2章 烧结矿层特征参数的确定

2．1 烧结矿填充特性的研究

2．1．1 烧结矿形状因子的研究

2．1．2 烧结竖罐内空隙率分布的研究

2．2 烧结竖罐内气流阻力特性系数的确定

2．3 烧结竖罐内气固传热系数的确定

第3章 烧结竖罐内气固传热模型的建立

3．1 FLUENT基本理论及其计算流程

3．1．1 FLUENT基本理论

3．1．2 FLUENT计算流程

3．2 烧结竖罐内气固传热过程分析

3．3 烧结竖罐物理模型的建立

3．3．1 烧结余热竖罐物理模型

3．3．2 计算区域与网格划分

3．3．3 边界条件的设置

3．4 竖罐内多孔介质模型的确定

3．4．1 多孔介质的定义

3．4．2 多孔介质基本参数

3．4．3 多孔介质内流动模型的设定

3．4．4 多孔介质控制方程的确定

3．5 模型参数UDF的设定

3．5．1 UDF概述

3．5．2 UDF宏的选取

3．5．3 UDF的编写

3．6 模型求解方法的确定

3．6．1 数值离散方法

3．6．2 有限体积法

3．6．3 SIMPLE算法

3．7 模型可靠性验证及分析

3．7．1 实验装置及过程

3．7．2 可靠性分析

第4章 模型基本参数的确定

4．1 单、双能量方程对模型可靠性的影响

4．2 阻力系数、换热系数和空隙率分布对模型可靠性的影响

4．3 竖罐内气固传热模型基本参数的确定

第5章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文