幾種化工及冶金反應(yīng)器內(nèi)多相流動(dòng)傳輸現(xiàn)象的模擬研究.pdf

1、多相流普遍存在于化工及冶金反應(yīng)器中，多相流傳輸現(xiàn)象的研究對(duì)正確理解反應(yīng)器內(nèi)部過(guò)程、指導(dǎo)反應(yīng)器設(shè)計(jì)和生產(chǎn)實(shí)踐均具有重要的意義。 論文在綜合分析CFD，尤其是多相流CFD數(shù)值模擬方法的基礎(chǔ)上，采用歐拉多流體多相流CFD方法，耦合單元過(guò)程物理模型(如夾雜物顆粒碰撞等模型)，利用通用商業(yè)軟件CFX4.4與自編子程序相結(jié)合的手段，對(duì)所給出的幾種反應(yīng)器內(nèi)的多相流傳輸現(xiàn)象進(jìn)行數(shù)值模擬研究，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。研究對(duì)象主要有：鋼鐵連續(xù)鑄造中間包、

2、轉(zhuǎn)爐型鐵合金精煉過(guò)程側(cè)吹轉(zhuǎn)爐、化工連續(xù)重整用的徑向移動(dòng)床反應(yīng)器。主要的研究?jī)?nèi)容和特點(diǎn)有以下三點(diǎn)： (1)中間包內(nèi)流動(dòng)和夾雜物控制研究采用底吹氣的方式對(duì)中間包內(nèi)的流體流動(dòng)和夾雜物去除進(jìn)行控制。采用自行設(shè)計(jì)的底吹氣裝置，對(duì)底吹氣中間包進(jìn)行了水模型實(shí)驗(yàn)研究。成功地研究了底吹氣對(duì)中間包內(nèi)流體流動(dòng)形式、中間包平均停留時(shí)間、死區(qū)體積分率等的影響，并對(duì)底吹氣位置進(jìn)行了參數(shù)研究。結(jié)果表明，底吹氣有利于改善中間包內(nèi)的流場(chǎng)、提高中間包平均停留時(shí)間、

3、降低死區(qū)體積分率；底吹氣能夠在中間包內(nèi)形成“氣幕擋墻”；選擇吹氣位置B2更有利于改善中間包內(nèi)的流場(chǎng)；中間包底吹氣并不一定需要大的氣體流量。 建立了氣-液兩相多流體CFD模型和多相示蹤劑傳輸模型，對(duì)底吹氣中間包內(nèi)的氣液兩相流動(dòng)、示蹤劑的傳輸行為進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。考察了不同底吹氣位置和氣體流量對(duì)改善中間包流動(dòng)形式和停留時(shí)間分布的影響。結(jié)果與水模型實(shí)驗(yàn)相吻合，進(jìn)一步證實(shí)了底吹氣對(duì)中間包流動(dòng)控制的效果。 成功地采用氣-液兩相多

4、流體模型，耦合對(duì)流擴(kuò)散標(biāo)量傳輸方程，對(duì)底吹氣中間包內(nèi)氣-液-固三相體系中的夾雜物傳輸行為進(jìn)行數(shù)值模擬。數(shù)值模擬中，采用自編子程序描述夾雜物上浮、顆粒長(zhǎng)大、氣泡吸附等傳輸行為，自編子程序與主程序CFX4.4通過(guò)子程序接口進(jìn)行耦合。詳細(xì)研究了夾雜物顆粒大小、顆粒碰撞、氣泡吸附等對(duì)夾雜物傳輸和去除率的影響。結(jié)果表明，不考慮碰撞的情況下，小顆粒夾雜物的去除較為困難，50μm大小的夾雜物顆粒的去除率在40％左右；顆粒碰撞能顯著地提高小顆粒夾雜物的

5、去除率；底吹氣中間包中，氣泡對(duì)夾雜物顆粒具有吸附作用，有利于夾雜物的去除；“氣幕擋墻”的形成對(duì)鋼液具有一定的清洗作用。其結(jié)果通過(guò)水模型實(shí)驗(yàn)得到了驗(yàn)證。 (2)轉(zhuǎn)爐型鐵合金精煉過(guò)程熔池浸入式側(cè)吹現(xiàn)象的數(shù)值計(jì)算建立了浸入式側(cè)吹轉(zhuǎn)爐內(nèi)氣液兩相歐拉多流體多相流CFD模型；研究了浸入式側(cè)吹轉(zhuǎn)爐內(nèi)氣液兩相流動(dòng)狀態(tài)；采用加入示蹤劑的方式來(lái)研究側(cè)吹方式對(duì)熔池的混合特性和傳質(zhì)過(guò)程的影響。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和新鋼1t轉(zhuǎn)爐的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，均證實(shí)了數(shù)值模擬的主要結(jié)論

6、。 (3)徑向移動(dòng)床反應(yīng)器流動(dòng)過(guò)程的數(shù)值模擬綜合濃相多流體多相流傳輸方程、兩相曳力模型，進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化，推導(dǎo)并建立了適合描述徑向移動(dòng)床反應(yīng)器內(nèi)流體流動(dòng)的CFD模型。對(duì)反應(yīng)器內(nèi)的流體流動(dòng)形式進(jìn)行了模擬分析；考察了不同催化劑床層孔隙率對(duì)反應(yīng)器內(nèi)的流體分布的影響?，F(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定結(jié)果證實(shí)，采用所建立的基于N-S方程的CFD模型，耦合Ergun阻力模型，可以用于模擬徑向移動(dòng)床反應(yīng)器的流體流動(dòng)情況，模擬結(jié)果準(zhǔn)確。 鑒于論文的篇幅，作者在攻讀