基于多流体理论的高炉数学模型及其求解

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第28卷第3期东北大学学报(自然科学版)Vo1．28．No．32007年3月JournalofNortheasternUniversity(NaturalScience)Mar．2007基于多流体理论的高炉数学模型及其求解储满生。，郭宪臻，沈峰满。，八木顺一郎。(1．东北大学材料与冶金学院，辽宁沈阳110004；2．安阳钢铁集团公司炼铁厂，河南安阳455004；3．东北大学多元物质科学研究所，日本仙台980．8577)摘要：数学模型可用于更好地理解、控制和改进高炉炼铁过程．作为全高炉动力学数学模型的较新研究成果之一，多流

2、体高炉模型被成功开发．该模型基于多流体理论、反应动力学、冶金传输原理及计算流体力学等理论，充分考虑了多相多组分之间的同时相互作用．实际应用表明，多流体模型是一个复杂全面的高炉过程模拟仿真系统，可对炉内主要现象进行多维数学模拟解析，并能较精确地预测高炉在指定条件下的操作指标．关键词：高炉；数学模型；多流体理论；炼铁；计算流体力学中图分类号：TF531文献标识码：A文章编号：1005．3026(2007)03—0361—04Multi．fluidMathematicalModelforBlastFurnaceandItsSolutionCHUMa一sheng。GUOXia

3、n—zhen，SHENFeng-man。YAGIJun—ichiro。，，(1．SchoolofMaterials&Metallurgy，NortheasternUniversity，Shenyang110004，China；2．IronmakingPlant，AnyangSteelGroup，Anyang455004，China；3．InstituteofMultidisciplinaryResearchforAdvancedMaterials，To~kuUniversity。Sendai980—8577，Japan．Correspondent：CHUMan．she

4、ng，E-mail：chumansheng@163．tom)Abstract：Tounderstand，controlandimprovetheblastfurnaceprocess，moreeffortsaremadetodevelopmathematicalmodelsrelevanttoit．andthemulti—fluidblastfurnacemodeliSthelate_streaction-kineticoneforthewholeblastfurnace．Itwasbasedonthemulti—fluidtheory，kinetics，transp

5、ortphenomenatheoryandcomputationalfluiddynamics．withthemutualinterphaseinteractionsfullytakenintoaccount．Theapplicationresultsrevealedthatthemulti—fluidmodeliSacomplicated．comprehensiveandeffectivetoolforblastfurnaceprocesssimulationavailabletoboth2一Dand3一Din-furnacephenomenaandaccurate

6、predictionoftheoperationalparametersundergivenconditions．Keywords：blastfurnace；mathematicalmodel；multi—fluidtheory；ironmaking；computationalfluiddynamics高炉内多种多相物质共存且相互作用，而且炼铁新技术等方面，对指导实际高炉操作和促进诸多物理化学现象同时发生，故高炉在化工领域炼铁技术的进步做出了一定贡献．被认为是最复杂的冶金反应器之一．为了更好地20世纪90年代初，提出了一个基本概念“多理解、控制和改进高炉炼铁过程，更多

7、的努力用于流体理论”，即用多相流和相间双向相互作用来描开发高炉数学模型⋯1．根据对高炉内传输现象描述发生在炉下部的现象，而且炉内物质通过相应述方法的不同，数学模型分为平衡理论模型、热化的流动机制来加以区分．因此，除了最基本的物质学模型和反应动力学模型[卜，其中建立在反应三态(气、固、液)外，被炉内气流挟带的未燃煤粉动力学和传输现象理论基础上的反应动力学数学被处理为一个独立的粉相_3』．在随后基于这个理模型是非常有用的工具，可用于详细分析炉内状论而发展的高炉数学模型中，根据物性的不同，液态，精确预测高炉操作性能，以及模拟和开发高炉相又被划分为渣相和铁水