采用GFX对高炉回旋区的模拟研究

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第3O卷第1期山东冶金VD1．30．No．12008年2月February2008ShandongMetallurgy·试验研究·采用GFX对高炉回旋区的模拟研究郭术义(华北水利水电学院，河南郑州450011)摘要：考虑到回旋区内存在的焦炭热解、燃烧、气体湍流化学反应等过程，利用CFX，建立了基于颗粒轨道的物理模型。并对该模型进行了数值模拟。模拟结果表明：回旋区内，气流呈双涡旋分布，气体速度大部分<16rrds，峰值温度在2670K左右。进行了高炉红外测温实验，测量的峰

2、值温度约为2660K。实验验证了数值模拟结果基本是正确的，对进一步研究高炉回旋区和修改高炉基本操作制度提供了理论依据。关键词：高炉回旋区；数学模型；数值模拟中图分类号：TF536．1文献标识码：A文章编号：1004--4620(2008)01-0056-02鼓风密度；为鼓风温度；为鼓风压力；To为2731前言K；P0为标准大气压；几为风口个数；d为风口直径；高炉回旋区对高炉起非常主要的作用。笔者在为回旋区深度；为回旋区高度；为回旋区形状文献⋯1中建立了回旋区冷态试验模型，采用激光系数。PDA对回旋区内气、粒两相特性进

3、行研究。但由于回依据高炉风口的相关参数，即可估算出回旋区的旋区内物理化学过程的复杂性，目前回旋区理论仍大小。莱钢某在线运行的750m3高炉风口的参数值缺乏完整的描述圈。全面研究回旋区的特性必须采用有：鼓风压力2．15kg／cm2，风I=1直径0．12tn，风口数量计算流体力学(CFD)的方法。为18，鼓风温度1050℃，进风量1800mS／min。将数CFX是最成熟的商品化CFD软件之一，提供了据带入公式中，计算出该回旋区的深度约为1．11m。被工程广泛验证的多种三维复杂湍流流动模型，化根据小高炉取小值的经验，并取回

4、旋区形状系数为学动力学模型，多相流模型，气态、固态颗粒燃烧模1，故算出该回旋区的高度约为1．11tn，回旋区近似型，辐射模型和颗粒输运模型等；拥有针对流体问题为直径1．11m球体。的最新网格生成技术；提供的基于改进的SIMPLE3回旋区物理模型算法则包含多种求解模块的求解器，具有高可靠性和强大的计算能力；提供了领先的数据可视化后处3．1回旋区的几何模型理技术。ANSYSICEMCFD5．1具有极强的几何建模能本研究考虑到回旋区内存在的颗粒运动、挥发、力和自适应网格划分等技术。应用该软件，依据计算燃烧以及化学湍流现象，

5、利用CFX建立了颗粒轨道的回旋区尺寸，建立其几何模型。利用软件的自适应的三维湍流数学模型，模拟回旋区内部的状况，分析网格划分技术，对几何模型进行相应的网格划分。采其内部气体、颗粒的物理化学规律。为检验计算结果用的笛卡尔坐标系方向：轴为回旋区进风管轴向，的正确性，进行了高炉红外线测温实验，通过大量高轴为高炉的高度方向，Y轴为垂直于平面的水平炉操作实践验证了数学模型是正确的，为高炉基本面。坐标原点为进风管进入高炉后的位置。操作制度的修订提供了理论依据。3．2回旋区的GFX模型将划分完网格之后的几何模型导入CFX5．7．1

6、一2回旋区大小计算pre中，设置边界条件：气流速度、温度和压力的值为大量高炉操作经验证明，高炉鼓风动能与高炉高炉风口参数值；焦炭颗粒直径取10mm；焦炭颗粒回旋区之间存在如下关系公式翻：估计温度为1900K；在此忽略硫分，取焦炭颗粒灰Eb=2pgV~r,pd(36001『)，(1)分12％，挥发分1．0％，焦87％；颗粒初始速度设为10．118X10既+0．77，(2)m／s，方向为；假设壁面光滑、绝热，与颗粒之间为HR=lKR，3弹性碰撞。式中既为高炉鼓风动能；Vg为每分钟鼓风量；为受计算机计算能力影响，只分别在=

7、0、0．1、0．9m层加入颗粒。每层颗粒数为1000，在每一层的分收稿日期：2007—10—11布位置是随机的。作者简介：郭术义(1971一)，男，山东济南人，博士，从事数值模拟仿真研究工作。选择CFX5．7．1提供的流体力学模型和颗粒燃56维普资讯http://www.cqvip.com郭术义采用CFX对高炉回旋区的模拟研究2008年第1期烧、颗粒输运模型、传热模型，设定此次计算的收敛旋区峰值温度为2390oC，约为2660K。比较图2和精度、迭代次数和次序等参数，引入CFXSolver5．7．1图3温度的结果，数

8、值模拟温度基本与红外方式获进行计算，可完成回旋区数学模型的建模、数值模拟得的温度相等。说明采用CFX的温度模拟结果基本计算。反映回旋区的状况。4数值模拟结果分析改变风口入口参数，利用CFX可模拟不同工况下的回旋区的物理化学状态，分析颗粒、气体湍流特性、温度及浓度等空间分布。在此主要通过CFX后时一I可⋯图3回旋区温度测量曲线处理模块POST5．