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《多流连铸中间包停留时间分布曲线总体分析方法.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、学期期末论文课题多流连铸中间包停留时间分布曲线总体分析方法摘要提出了一种研究多流中间包钢液流动特性的分析方法.首先,利用多流中间包各流的实验数据得到多流中间包的总体停留时间分布(RTD)曲线;其次,采用经典的分析模型研究多流中间包的总体RTD曲线;最后,以平均停留时间作为关键参数来评估多流中间包各流钢液流动特性的一致性.此方法的优点在于避免了负死区体积的出现,并且死区体积分率大小符合物理事实.关键词连铸,多流中间包,总体停留时间分布(RTD),流动特性,RTD曲线1经典RTD曲线分析方法对于盛装钢液体积为V,流量为Fv的单流中间包
2、,RTD曲线为示踪剂浓度C与时间艺的关系函数.中间包平均停留时间万为定义为理论停留时间,无量纲时间,无量纲浓度则无纲量平均停留时间为.中间包死区体积分率vd,活塞区体积分率vp和全混区体积分率vm的计算式分别为式中,为最小响应时间;为浓度峰值时间.需要指出的是,式(3a)要求中间包钢液流动分为两步,首先经过活塞区,然后经过全混流和死区,这样.但实际钢流在中间包中的流动为湍流,湍流扩散输运和对流输运这2种示踪剂输运方式导致了示踪剂浓度在中间包内分布不均匀.因此,到达中间包出口处的示踪剂浓度不能立即达到峰值,而要经历一个如图1所示的较
3、长时间的过渡段.图中,流经整个体系的体积流量Q可分为3部分:流经死区的体积流量Qd,流经活塞区的体积流量Qp和流经全混区的体积流量Qm.这样就存在如下关系式:因此在分析RTD曲线计算活塞区体积分率时应采用式(3b).事实上,式(3a)是当时间的过渡段为时式(3b)的特殊情况.2多流中间包总体RTD曲线传统理论认为,多流中间包各流具有各自的死区!活塞区和全混区,它们之间是并联关系.因此,通过处理各流的RTD曲线得到各流的死区、活塞区和全混区的大小,之后取算术平均即可得到多流中间包相应的特征参数.但是对于多流中间包而言,各流的RTD曲
4、线均仅各自反映了多流中间包的部分流动特征,多流中间包整体流动特征必须在各流RTD曲线上进行衡量.由于中间包的各流是相互连通的,即中间包内任何一个区域是被各流所共享的,并不存在一个清晰的分界面来标明多流中间包内某区域为特定流所独享.因此,可以利用各流的RTD曲线来构建多流中间包总体的RTD曲线,再通过处理多流中间包总体RTD曲线来定量研究多流中间包钢液的总体流动特征,而各流钢液的流动特征可通过选取适当的特征参数来进行比较.设盛装物料体积为V的反应器有一个入口和n个出口.如果用M表示示踪剂的加入量,单位mol;用Fv表示反应器的总体积
5、流量,单位则反应器理论停留时间为设fv江表示反应器各个出口的体积流量,单位则设在时刻t时反应器出口处的示踪剂平均浓度为C,单位且在时刻艺中间包第乞个出口处示踪剂平均浓度为单位那么在t和t十d时间间隔内从反应器内流出的示踪剂总量为因此,单入口多出口反应器的总体RTD曲线可表示为式中,为反应器各出口体积流量占总流量的比例,反映了各出口RTD曲线对反应器总体RTD曲线的贡献程度.通常情况下,中间包各流的钢液流量相等,那么式(7)可简化为事实上,式(s)中的浓度可以推广为质量浓度、摩尔浓度或体积浓度.为了便于安排生产,对于多流连铸中间包,
6、理想的情况是中间包各出口分配给各结晶器的钢水具有相同的温度和成分.因此,可利用标准方差S来考察各流关键参数的分散程度式中,变量可以为中间包第个出口RTD曲线的示踪剂最小响应时间、浓度峰值出现时间和平均停留时间等;是变量的算术平均值.这些参数所对应的标准方差越小,意味着各流的一致性程度越高.3实例分析由于中间包的流数越多,现有的RTD分析方法越容易出现死区体积为负的现象,因此,本文采用图2所示的八机八流连铸机上常用的异型四流中间包来分析多流中间包流动特性.中间包长a=6.25m,两侧宽度分别为b=0.9m和c=1.8m,相邻两流的间
7、距为d=1.3m,钢液液面距包底1m.图3是采用标准双方程模型计算得到的中间包钢液流场,具体计算设置见文献(18).来自钢包长水口的流体进入中间包后直接冲击中间包包底后向四周散开,然后沿中间包包壁和挡墙上行,在长水口的两侧形成回流区.部分流体攀越过挡墙的缺口后,流向中间包出口.图4是通过脉冲加入Nacl水溶液后得到的各流RTD曲线.在本实验中,最小响应时间定义为达到峰值浓度1%所需的最小时间.由于第1,2,3和4流距钢包长水口的距离逐渐增大,平均停留时间最小响应时间tmin和浓度峰值时间tmax也相应增加,如表1所示.这是因为中间
8、包第1流出口与钢包长水口的距离最近,因此第1流的最小响应时间最短,峰值浓度最高;中间包第4流出口与钢包长水口的距离最远,示踪剂需较长时间才能到达;同时,钢液在行进的过程中,其内示踪剂浓度不断下降,因此第4流的最小响应时间最长,峰值浓度最低,并且最小
