高炉热流过程瞬态模型及数值模拟研究

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1、第22卷第3期山东轻工业学院学报V01．22No．32008年9月JOURNALOFSHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRYSep．2008文章编号：1004—4280(2008)03一OO28—04高炉热流过程瞬态模型及数值模拟研究史岩彬，付振岭，沈学会(山东轻工业学院机械工程学院，山东济南250353)摘要：建立基于多相热流耦合的高炉瞬态过程数学模型，解析多相态在高炉中流场及热传递情况，并通过模拟得到炉料瞬态温度分布结果，由此可方便地判断高炉内软熔带等重要区域的形状及位置。充分解析了各个相态之间的耦合作用，并对高炉中存在的主要化学反应做了适

2、当处理。所建立数学模型和数值计算方法形成了较完整的、适用于国内高炉的过程分析及预测模式。最后，通过对某中型高炉的生产实例分析讨论了该模型的仿真性能。关键词：高炉；多相流；数学模型；瞬态模型；计算流体力学中图分类号：TF531文献标识码：ATransientmathematicalmodelandsimulationresearchforblastfurnaceSHIYan～bin，FUZhen—ling，SHENXue—hui(SchoolofMechanicalEngineering，ShandongInstituteofLi【ghtIndustry，Jinan25

3、0353，China)Abstract：1heblastfurnace(BF)transientmathematicalmodelbasedonmultiphasecouplingwasbuilt，inwhichthemotionandheattransferofmuhiphaseinBFwassolved．Throughcomputationalvisualization，themodelsimulatedtransientresultsofper-phasecouldbegot，whichmadeiteasytoestimatetheprofileandpo—si

4、tionofcohesivezone．emodelconsideredthesimplechemicalreactionsandanalyzedthecoupledrelation．shipsofphases．leBFmathematicalmode1．thecomputationalvisualizationformedaprocessanalysisandpredictionsystem，whichWasaguidanceOHactualBFoperation．Finally，theperformanceoftransientmodelWasverifiedthr

5、oughsimulatingoneBFprocess．Keywords：blastfurnace；muhiphasefluid；mathematicalmodel；transientmodel；computationalfluiddy-nalnies．大落后。国外在这方面已经获得成果，并利用CFD0引言(计算流体力学：ComputationalFluidDynamics)技术逐步建立了一类高炉稳态仿真模型。而对于高炉过高炉炼铁过程十分复杂，其可看作封闭的多相程，瞬态仿真的优势主要在于描述高炉稳定运行之流化学反应器。生产中的恶劣工况使直接观察测量前的状态，可以更快捷地预

6、测、了解高炉趋于平稳阶高炉内部状况非常不现实。在实验基础上建立数学段的运行态势。模型仿真炉内过程则成为高炉工作者了解炉内状况文章面向国内高炉实际情况，在已建立的高炉的重要手段。对此，特别日本工作者已成为建立高过程稳态数学模型2基础上，建立了适合我国高炉炉多维一多相模型⋯的前沿力量，而国内模型则大工况的较通用二维瞬态模型，并进行了相应的计算收稿日期：2OO8—04—02基金项目：济南市青年科技明星计划项目(10104)作者简介：史岩彬(1979一)，男，山西省洪洞县人，山东轻工业学院机械工程学院讲师，博士，研究方向：化工过程机械、计算机辅助工程第3期史岩彬，等：高炉热流

7、过程瞬态模型及数值模拟研究29及可视化，以生动反映高炉过程的宏观规律。模拟式中：l‘i为i相速度矢量；d为炉料ITI平均颗结果主要反映某一炉况条件下的固相炉料的温度分粒直径；／1i为i相的粘度。布瞬态变化，探讨了高炉稳定运行前的炉料软熔状气一液、气一粉相间动量传递系数利用在气流态。中移动曳力系数及相对Re数表达如下：=c。Re(3)1瞬态数学模型建立式中：r目的松弛时间；一般地，高炉冶炼过程内部各关键部分如回旋『24(1—0．15Re~。鲫)／Re(Re≤1000)一10．44(Re>1000)区、布料和软熔区等稳态状况可参见图1。建立高炉稳态数学模