转炉煤气环缝洗涤器多相流动流动阻力特性研究

论文摘要

随着钢铁冶金行业向大容量方向发展,国内近几年新建的不少中大型炼钢转炉所采用的传统OG(Oxygen Converte Gas Recovery)系统已经暴露出不少的缺点。新OG系统以低能耗、高净化效率的特点,具有广阔市场前景。但新OG系统为国外技术,国内对其关键技术还没能很好的掌握,必须进行消化移植,并加以研究,做出国内自己的新装置,以达到有效治理污染、节能降耗、提高产品市场竞争力的目的。本课题针对新OG系统的关键部件—环缝洗涤器内的气、液、固三相复杂流动问题建立了物理、数学模型。在Gambit中对计算区域进行多块混合、非均匀六面体单元网格划分,应用Fluent求解器对该模型进行了数值求解。对于环缝洗涤器内湍流流动的三维控制微分方程,采用Baliga & Patankar提出的控制容积有限元法进行求解,控制方程的对流项采用Rhie和Chow提出的二阶上风格式进行离散,扩散项采用线性插值多项式进行计算。速度和压力耦合采用SIMPLE算法处理。求解过程中,针对气液两相相互作用的理想可压缩流动计算难于收敛的特点,采用较小的欠松弛因子(ω=0.1~0.2)以及逐渐加大煤气流量的方法保证迭代收敛。针对新OG系统对转炉环缝洗涤器一系列工况进行了大量的数值模拟计算,得到不同工况下转炉环缝洗涤器内多相流动的阻力特性数据,揭示了转炉环缝洗涤器内多相流场特性和各个影响因素(行程、煤气流量、水气比等)对阻力特性的影响规律;在此基础上根据相似性原理对转炉环缝洗涤器内阻力特性进行了深入分析,推导出转炉环缝洗涤器阻力特性计算的经验关系式,并利用数值计算结果回归得到具体的阻力计算经验公式,为转炉环缝洗涤器设计和控制策略研究提供了坚实的基础和科学的理论依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 主要符号说明
• 1 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 国内外转炉煤气回收技术发展状况
• 1.3 环缝洗涤器内两相流动研究现状
• 1.4 本文的研究研究内容
• 2 转炉环缝洗涤器内气、液、固三相流动的物理数学模型
• 2.1 环缝洗涤器湍流流动的物理数学模型
• 2.2 环缝洗涤器中液滴运动模型
• 2.3 流体物性计算
• 2.3.1 饱和湿煤气量、喷水量及含尘量计算
• 2.3.2 饱和湿煤气物性的计算
• 2.4 转炉环缝洗涤器多相流动数值求解
• 2.4.1 环缝洗涤器网格建模
• 2.4.2 数值方法及收敛策略
• 3 数值模拟计算结果
• 3.1 转炉环缝洗涤器流场特性
• 3.2 转炉环缝洗涤器阻力特性模拟计算结果
• 3.2.1 不同水气比下阻力随行程变化特性
• 3.2.2 不同煤气流量下阻力随行程变化特性
• 3.2.3 不同行程下阻力随水气比变化特性
• 3.2.4 不同行程下阻力随煤气流量变化特性
• 3.3 数值计算结果验证
• 4 转炉环缝洗涤器阻力特性分析及经验关系式
• 4.1 环缝洗涤器阻力系数
• 4.2 环缝洗涤器特征速度W
• 4.3 改进的阻力性能计算经验关系式
• 4.4 环缝洗涤器阻力性能经验关系式的应用
• 4.4.1 环缝洗涤器入口饱和湿煤气流量
• 4.4.2 转炉环缝洗涤器几何结构及相关参数
• 4.4.3 经验关系式的应用
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间论文发表情况