液态高铅渣还原炉内多相流数值模拟与优化

发布时间：2023-06-05 01:28

　　摘要：液态高铅渣还原炉是直接炼铅过程中还原工序的主要设备,其运行过程受炉内高温熔体与混合气体、煤粉颗粒间的多相流动过程的影响较为明显。深入了解还原炉关键的结构、操作参数对炉内多相流流动过程的影响规律,对强化冶金还原反应强度,提高能源利用效率,促进液态高铅渣的直接还原技术进步具有重要的理论与实践意义。 本文通过对高铅渣还原过程及炉体设备的详细研究,综合利用工程热力学、传热学及计算流体力学等理论,构建了液态高铅渣还原过程的多相流物理模型和数学模型,对液态高铅渣还原炉内多相流动过程进行非稳态数值计算,比较了无量纲直径(气泡直径／喷枪直径)和喷枪根部气泡频率的数值模拟结果与水模型实验结果,两结果吻合较好,验证了模型的可靠性。 基于数值模拟的方法,研究了还原炉内气—液两相流过程中各物理场的分布及气—液—固三相中煤粉颗粒在熔池中的分布,结果表明：炉内压力整体呈层状分布；气相主要集中在喷枪区域附近的熔体中,熔池气含率为1.2%,熔体平均流速为0.05m/s；熔池搅动过程中伴随有喷溅现象,挂渣区域集中在喷枪上方的炉顶壁面；喷入的煤粉颗粒主要分布在熔池的中上部及烟气区域。 采用单因素方法,确定了还原炉喷...

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
主要符号表
1 绪论
    1.1 铅工业的发展现状
        1.1.1 铅的生产与消费
        1.1.2 铅冶炼技术现状
    1.2 高铅渣还原技术的发展现状
        1.2.1 高铅渣还原机理
        1.2.2 高铅渣还原工艺的发展现状
    1.3 高温多相流的数值模拟研究
    1.4 本文的主要内容及研究意义
2 液态高铅渣还原炉内多相流动数学模型及模型验证
    2.1 基本假设
    2.2 物理模型
        2.2.1 计算区域的确定
        2.2.2 计算区域的离散化
        2.2.3 网格无关性检验
    2.3 数学模型
        2.2.1 多相流模型
        2.2.2 湍流模型
        2.2.3 离散相模型
    2.4 数学模型的验证
        2.4.1 水模型实验
        2.4.2 验证试验的结果分析
    2.5 本章小结
3 液态高铅渣还原炉基准工况的模拟与分析
    3.1 基准工况的模拟条件
        3.1.1 假设与简化
        3.1.2 计算边界条件
        3.1.3 物性参数
    3.2 液态高铅渣还原炉内气液两相流动数值模拟与分析
        3.2.1 喷枪简化对比
        3.2.2 液态高铅渣还原炉内速度分布
        3.2.3 液态高铅渣还原炉内压力分布
        3.2.4 液态高铅渣还原炉内浓度分布
        3.2.5 液态高铅渣还原炉内的喷溅现象
    3.3 液态高铅渣还原炉内气液固三相流动数值模拟与分析
    3.4 本章小结
4 液态高铅渣还原炉关键结构、操作参数影响分析
    4.1 液态高铅渣还原炉内因素的选取
        4.1.1 单因素选取
        4.1.2 单因素影响分析模型
        4.1.3 评价指标
    4.2 液态高铅渣还原炉内熔池深度影响分析
    4.3 液态高铅渣还原炉内喷枪倾角影响分析
    4.4 液态高铅渣还原炉内喷枪直径影响分析
    4.5 液态高铅渣还原炉内喷枪间距影响分析
    4.6 本章小结
5 液态高铅渣还原炉内多因素多目标优化
    5.1 液态高铅渣还原炉正交试验方案
        5.1.1 因素水平表
        5.1.2 确定试验方案
    5.2 液态高铅渣还原炉正交试验结果
    5.3 液态高铅渣还原炉正交试验分析
        5.3.1 矩阵分析
        5.3.2 各因素水平对评价指标的影响
    5.4 优化工况与原始工况对比分析
    5.5 本章小结
6 结论及建议
    6.1 结论
    6.2 建议
参考文献
攻读硕士学位期间主要的研究成果
致谢



本文编号：3831414