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)境問題的突出,鋼鐵行業(yè)降低能耗、發(fā)展循環(huán)經濟已成為必然。高爐渣是鋼鐵行業(yè)具有大量余熱的副產品,回收價值很高,但現(xiàn)在爐渣主要采用水淬法處理,無熱回收且浪費水資源。目前正處于研究中的離心?；諝饫鋮s技術將高溫熔渣通過離心?；餍纬尚☆w粒,然后在空氣流中相變冷卻,熔渣的熱量可通過空氣回收利用,并且有望得到品質較好的熔渣產物,同時可節(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余熱回收裝置的設計有非常重要的指導意

2、義。但熔渣顆?？諝饫鋮s是一個復雜的換熱過程,特別是涉及到熔渣的凝固放熱問題,機理復雜,影響因素多且各因素相互耦合,給研究帶來一定困難。
　　本文針對熔渣顆粒在空氣冷卻換熱的問題,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,獲得了顆粒內部固液界面移動規(guī)律、空氣速度場分布、顆粒內外溫度場分布,討論了顆粒尺寸、顆粒初溫、空氣速度、空氣初溫等參數(shù)對單顆粒熔渣空冷相變換熱特性的影響;在此基礎

3、上建立了多個熔渣顆粒的空氣冷卻相變模型,獲得了多顆粒間的速度場和溫度場分布、顆粒內部固液界面移動規(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熔渣顆粒冷卻相變的影響;建立了旋轉熔渣顆粒的空氣冷卻相變模型,獲得了旋轉熔渣顆粒在空氣冷卻條件下形態(tài)變化、換熱與凝固特性,討論了旋轉速度、顆粒尺寸等參數(shù)對旋轉顆粒熔渣空冷相變換熱的影響。主要研究成果如下:
　?、籴槍晤w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、場的改變和物相導熱能力的變化造成顆粒內部發(fā)生不均勻凝固。熔渣顆粒直徑越小,完全凝固時間越短;空氣流速越大,熔渣顆粒表面換熱越強,凝固時間明顯縮短,但該強化效果逐漸減弱。進口空氣溫度對熔渣顆粒凝固過程影響很小,提高熔渣初始溫度無法提高余熱回收率,卻會明顯延長完全凝固時間,要求更大的余熱回收裝置。
　　②多熔渣顆粒系統(tǒng)中,顆粒的分布對各顆粒周圍的空氣速度場產生影響,回流對上游顆粒換熱有強化作用,上游顆粒換熱對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,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。顆粒間距過小對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τ行D速度熔渣顆粒,空氣流動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。旋轉速度越大,顆粒的變形越明顯,與空氣的換熱更強,完全凝固時間更短