金属化球团流动特性的数值模拟研究

发布时间：2017-09-24 20:46

  本文关键词：金属化球团流动特性的数值模拟研究

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【摘要】：金属化球团经转底炉出来温度高达1100℃,需冷却到300℃以下才能保证不被二次氧化。当金属化球团颗粒进入筒式冷却机进行冷却时,其丰富的余热资源并未得到高效回收利用,因此实现金属化球团的快速冷却和余热高效回收利用对节能减排、提高金属化球团的品质都有重要意义。结合生产实际,本文研究的筒式冷却机有两种,一种是筒体内壁光滑,在筒体外壁设换热管,称之为内壁光滑型筒式冷却机,另一种是在筒体内壁设半圆形换热管,称之为内壁设换热管型筒式冷却机。本文建立了内壁光滑型和内壁设换热管型筒式冷却机的模型,应用离散单元法对两种筒式冷却机内颗粒的流动特性进行模拟研究。通过自主搭建实验台对所建模型进行验证,计算结果与实验结果吻合较好。比较了两种筒式冷却机内颗粒流动特性的计算结果,模拟研究了筒式冷却机倾角、转速、填充率、颗粒粒径和换热管数量的变化对单粒径金属化球团流动特性的影响规律,并研究了倾角、转速和填充率对二组元和三组元颗粒流动特性的影响规律。得出以下结论:(1)对于内壁光滑型筒式冷却机内单一粒径颗粒而言,倾角和转速对颗粒流动特性的影响如下:倾角从1°增大到5°时,颗粒的轴向速度从0.032m/s增大到0.166m/s,总速度从0.035m/s增大到0.167m/s,轴向速度/总速度从0.926增大到0.996,颗粒的轴向速度和总速度几乎相同,混合标准差、颗粒与壁面的接触数、颗粒间接触数变化不大;转速从1.2r/min增加到3.2r/min时,颗粒的轴向速度从0.071m/s增大到0.188m/s,总速度从0.071m/s增大到0.189m/s,轴向速度/总速度在0.962至0.996之间小幅度波动,混合标准差从0.884减小到0.784,颗粒与壁面的接触数从718减少到610,颗粒间接触数从11077减少到10580。(2)对于内壁光滑型筒式冷却机内单一粒径颗粒而言,填充率和颗粒粒径对颗粒流动特性的影响如下:填充率从1.5%增加到15.5%时,颗粒轴向速度从0.089m/s减小到0.042m/s,总速度和轴向速度/总速度变化不大,混合标准差从0.94减小到0.79,颗粒与壁面接触数从459增大到860,颗粒间接触数从459增大到34038;颗粒粒径的变化对颗粒流动特性的影响较小,随粒径的增大,轴向速度、总速度、轴向速度/总速度、混合标准差均变化不大。(3)换热管数量从24根增大到48根时,颗粒轴向速度从0.077m/s减小到0.061m/s,总速度从0.254m/s增大到0.281m/s,轴向速度/总速度从0.305减小到0.219,混合标准差从0.506减小到0.438,颗粒与壁面的接触数从469增大到521,颗粒间接触数从5413减少到4739。(4)综合分析上述数据可知,内壁光滑型筒式冷却机内颗粒的轴向速度、轴向速度/总速度、混合标准差、颗粒与壁面接触数和颗粒间接触数均比内壁设换热管型筒式冷却机内颗粒的相应值大,而颗粒的总速度则小于内壁设换热管型筒式冷却机内颗粒的总速度。(5)对于二组元和三组元颗粒的运动规律与上述单一粒径颗粒的运动规律非常相似,由于金属化球团颗粒粒径的组成不同,因此在数值上存在较大差异。通过对比分析得出,内壁设换热管型筒式冷却机内颗粒的流动特性好于内壁光滑型筒式冷却机内颗粒的流动特性。
【关键词】：金属化球团 筒式冷却机 流动特性 离散单元法 传热
【学位授予单位】：山东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK115;TK172
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 课题研究的背景与意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.2.1 回转筒内颗粒运动数值模拟研究进展12-13
• 1.2.2 回转筒内颗粒运动实验研究进展13-15
• 1.3 本文研究的主要内容15-16
• 第二章 模型的建立与验证16-24
• 2.1 模型的简化16-17
• 2.1.1 筒式冷却机简介16-17
• 2.1.2 计算模型的简化17
• 2.2 数学描述17-18
• 2.3 模型的实验验证18-21
• 2.3.1 实验系统简介18-19
• 2.3.2 计算结果与实验结果对比19-21
• 2.4 主要研究参数21-22
• 2.5 评价指标22-23
• 2.6 本章小结23-24
• 第三章 颗粒流动特性研究24-32
• 3.1 内壁光滑型筒式冷却机内颗粒流动特性分析24-26
• 3.2 内壁设换热管型筒式冷却机内颗粒流动特性分析26-28
• 3.3 两种筒式冷却机内颗粒流动特性的对比分析28-31
• 3.4 本章小结31-32
• 第四章 各参数对颗粒流动特性的影响规律32-47
• 4.1 倾角对颗粒流动特性的影响32-35
• 4.2 转速对颗粒流动特性的影响35-38
• 4.3 填充率对颗粒流动特性的影响38-41
• 4.4 粒径对颗粒流动特性的影响41-44
• 4.5 换热管根数对颗粒流动特性的影响44-46
• 4.6 本章小结46-47
• 第五章 多组元颗粒流动特性研究47-66
• 5.1 二组元颗粒流动特性研究47-56
• 5.1.1 倾角对颗粒流动特性的影响47-50
• 5.1.2 转速对颗粒流动特性的影响50-53
• 5.1.3 填充率对颗粒流动特性的影响53-56
• 5.2 三组元颗粒流动特性研究56-65
• 5.2.1 倾角对颗粒流动特性的影响56-59
• 5.2.2 转速对颗粒流动特性的影响59-62
• 5.2.3 填充率对颗粒流动特性的影响62-65
• 5.3 本章小结65-66
• 第六章 结论与展望66-68
• 6.1 全文总结66-67
• 6.2 展望67-68
• 参考文献68-72
• 在读期间公开发表的论文72-73
• 致谢73

【参考文献】

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本文编号：913406