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* Page ? * 干熄焦炉内固-气流动及传热数值模拟 答辩人：明廷勇 专业班级：材控1101班 学号:201102131028 指导老师：常庆明 教授 主要内容 1、干熄焦技术介绍 2、研究现状 3、选题的意义 4、研究方案 5、模拟结果与分析 6、结论与展望 1.1干熄焦技术简介 干熄焦工艺流程图 1.2干熄焦工艺的优点 干法熄焦相对于湿法熄焦具有三大优点： （1）吸收80%左右的红焦热量，节约能源； （2）改善焦炭的质量； （3）改善环境，减少污染。 同时干法熄焦也存在着设备复杂、一次性投资和运行费用较高等问题。 2、干熄焦内流动及传热数值模拟研究现状 研究人员 研究方法及成果 存在不足 前 苏 联 前苏联设计院 采用实验中确定的经验关系式来计算气体压降和熄焦时间，从而确定干熄炉的尺寸 均未能考虑干熄焦炉横截面上气流的偏析、焦粒下降速度的不均匀性和焦炭粒度分布不均的影响 Grishchenko等 提出了一维传热数学模型，并建立了温度控制方程，得到干熄炉高度方向温度分布情况 日 本 Yuto等 借鉴高炉的成功经验，采用钟型布料器布料，明显改善了焦炭粒度的均匀性 这些模型都假定焦炭为球体，与实际中干熄炉内焦炭形状不规则的情况相差较大 Katalka等 利用多孔介质理论，建立二维传热模型，分别得到焦炭和气体的传热方程 国 内 孔宁、温治等 建立了一维数学模型进行仿真计算，最终得到了最佳的气料比 也未能解决焦炭下降速度分布不均和焦炭粒径大小不一等问题 冯妍卉等 通过模拟，得到了循环气体与焦炭之间的平均换热系数和局部换热系数 刘华飞、张欣欣等 基于多孔介质理论，建立了二维数学模型，得到干熄炉内速度、温度、压力分布规律 3、选题的意义 我国干熄焦技术同日本、德国等国家还有一定差距，加大对干熄焦技术的研究对我国钢铁事业的发展有重大意义。 现实中进行换热实验研究成本较高，模拟仿真可以降低实验成本。根据前人的研究，数值模拟已经体现出了其可行性和准确性。 因此，数值模拟作为一种新的研究方法必将得到进一步的发展。 4、研究方案 以某钢厂140t/h干熄焦装置为研究对象，开展以下工作： （1）建立物理数学模型； （2）基于Fluent软件中的多孔介质模型，借助于UDS和UDF对Fluent进行二次开发； （3）模拟并分析温度场、速度场、压力场； （4)调整入口风温和风速，找到最佳工作参数。 干熄焦炉几何模型 （a）炉壳 （b）炉膛流体域 干熄焦炉的三维几何模型 FLUENT14.5操作界面 5、模拟结果及分析 （1）速度场分析 （2）温度场分析 （3）压力场分析 （4）气体入口温度对换热的影响 （5）气体入口速度对换热的影响 （1）速度场模拟结果 （a）炉内速度分布情况 （b）截面z=0处速度分布 干熄焦炉内速度分布云图 速度场分析 分析炉内速度分布图可知： （1）绝大多数气体在斜道附近速度方向发生改变，通过斜道进入循环气道最终排出，少量气体进入预存室； （2）气体进入冷却室后速度比较均匀，进入斜道后明显增快，越靠近气体总出口气体的速度越大； （3）气体在冷却室周边的速度比中心稍快，在预存室内速度几乎为零。 （2）温度场模拟结果 （a）截面z=0气体温度分布 （b）截面z=0气体温度分布 干熄焦炉内温度分布云图 温度场分析 （1）在冷却室的同一位置，焦炭和气体的温度恒不相等，并且焦炭的温度恒大于气体的温度； （2）冷却室内周边的换热效果比中心的效果好； （3）气体出口处温度在1083K以上，焦炭出口处温度在520K以下，这与生产现场实测值相符，也说明了该模拟结果的可靠性。 （3）压力场模拟结果及分析 干熄焦炉内压力分布云图 气体压降主要发生在冷却室，越靠近斜道和环形气道，气体压强越低，在气体出口处达到最低值，这正好有利于气体顺利排出。 （4）气体入口温度对换热的影响 气体入口温度（K ） 气体出口温度（K） 焦炭出口温度（K） 380 1114 498 390 1116 507 400 1118 5