熔渣顆?？諝饫鋮s相變換熱特性的數(shù)值研究.pdf

1、由于能源緊缺和環(huán)境問(wèn)題的突出,鋼鐵行業(yè)降低能耗、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)已成為必然。高爐渣是鋼鐵行業(yè)具有大量余熱的副產(chǎn)品,回收價(jià)值很高,但現(xiàn)在爐渣主要采用水淬法處理,無(wú)熱回收且浪費(fèi)水資源。目前正處于研究中的離心粒化空氣冷卻技術(shù)將高溫熔渣通過(guò)離心?；餍纬尚☆w粒,然后在空氣流中相變冷卻,熔渣的熱量可通過(guò)空氣回收利用,并且有望得到品質(zhì)較好的熔渣產(chǎn)物,同時(shí)可節(jié)約水資源,減少污染。研究空氣冷卻高溫熔渣顆粒的相變換熱特性對(duì)余熱回收裝置的設(shè)計(jì)有非常重要的指導(dǎo)意

2、義。但熔渣顆?？諝饫鋮s是一個(gè)復(fù)雜的換熱過(guò)程,特別是涉及到熔渣的凝固放熱問(wèn)題,機(jī)理復(fù)雜,影響因素多且各因素相互耦合,給研究帶來(lái)一定困難。
　　本文針對(duì)熔渣顆粒在空氣冷卻換熱的問(wèn)題,采用VOF方法耦合凝固和熔化模型,建立了單顆粒熔渣空氣相變的數(shù)值模型,研究了熔渣顆粒換熱特性,獲得了顆粒內(nèi)部固液界面移動(dòng)規(guī)律、空氣速度場(chǎng)分布、顆粒內(nèi)外溫度場(chǎng)分布,討論了顆粒尺寸、顆粒初溫、空氣速度、空氣初溫等參數(shù)對(duì)單顆粒熔渣空冷相變換熱特性的影響;在此基礎(chǔ)

3、上建立了多個(gè)熔渣顆粒的空氣冷卻相變模型,獲得了多顆粒間的速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)分布、顆粒內(nèi)部固液界面移動(dòng)規(guī)律和換熱特性,研究了顆粒直徑,顆粒間距,空氣速度和初始熔渣溫度對(duì)熔渣顆粒冷卻相變的影響;建立了旋轉(zhuǎn)熔渣顆粒的空氣冷卻相變模型,獲得了旋轉(zhuǎn)熔渣顆粒在空氣冷卻條件下形態(tài)變化、換熱與凝固特性,討論了旋轉(zhuǎn)速度、顆粒尺寸等參數(shù)對(duì)旋轉(zhuǎn)顆粒熔渣空冷相變換熱的影響。主要研究成果如下:
　?、籴槍?duì)單顆粒熔渣,空氣能使熔渣顆粒表面快速凝固成型,空氣繞流流

4、場(chǎng)的改變和物相導(dǎo)熱能力的變化造成顆粒內(nèi)部發(fā)生不均勻凝固。熔渣顆粒直徑越小,完全凝固時(shí)間越短;空氣流速越大,熔渣顆粒表面換熱越強(qiáng),凝固時(shí)間明顯縮短,但該強(qiáng)化效果逐漸減弱。進(jìn)口空氣溫度對(duì)熔渣顆粒凝固過(guò)程影響很小,提高熔渣初始溫度無(wú)法提高余熱回收率,卻會(huì)明顯延長(zhǎng)完全凝固時(shí)間,要求更大的余熱回收裝置。
　?、诙嗳墼w粒系統(tǒng)中,顆粒的分布對(duì)各顆粒周圍的空氣速度場(chǎng)產(chǎn)生影響,回流對(duì)上游顆粒換熱有強(qiáng)化作用,上游顆粒換熱對(duì)空氣的加熱作用不利于下游顆

5、粒的換熱。直徑大的顆粒對(duì)其他顆粒影響更大,直徑小的顆粒影響較小?？諝饬魉僭酱髸r(shí),顆粒間的互相影響更大。顆粒間距越小,其互相影響越明顯,總體的凝固速度下降。顆粒間距過(guò)小對(duì)熔渣余熱回收是不利的。更高的熔渣初始溫度情況下,更容易發(fā)生顆粒的相聚。
　?、坩槍?duì)有旋轉(zhuǎn)速度熔渣顆粒,空氣流動(dòng)受到顆粒更大的影響,特別是顆粒的表面100°到135°處的空氣回流更加明顯,顆粒冷卻更快。旋轉(zhuǎn)速度越大,顆粒的變形越明顯,與空氣的換熱更強(qiáng),完全凝固時(shí)間更短