[發(fā)明專利]預測煙氣循環(huán)燒結質(zhì)-熱耦合過程的數(shù)值計算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710631038.2
• 申請日: 2017-07-28
• 公開（公告）號: CN107832573B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發(fā)明（設計）人: 王淦;王浩;余波
• 申請（專利權）人: 中冶華天工程技術有限公司;中冶華天南京工程技術有限公司;中冶華天（安徽）節(jié)能環(huán)保研究院有限公司
• 主分類號: G16C20/10
• 分類號: G16C20/10
• 代理公司: 北京中偉智信專利商標代理事務所(普通合伙) 11325
• 代理人: 張岱

1.一種預測煙氣循環(huán)燒結質(zhì)-熱耦合過程的數(shù)值計算方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)建立燒結機內(nèi)燒結料層的質(zhì)-熱耦合過程的數(shù)學模型，所述數(shù)學模型為二維非穩(wěn)態(tài)模型，用于描述燒結料層與氣體在燒結機內(nèi)交叉換熱的流動、傳熱燃燒和化學反應；

(2)建立非均相反應模型、均相反應模型，依據(jù)均相反應模型和非均相反應模型求解燒結過程中各物質(zhì)的熱效應，并將求解結果加權求和作為數(shù)學模型控制方程中的質(zhì)量源項和熱量源項；

(3)依據(jù)傳熱傳質(zhì)參數(shù)、料層幾何結構參數(shù)計算數(shù)學模型控制方程中的對流項和擴散項；

(4)依據(jù)上述步驟中得到的質(zhì)量源項、熱量源項、對流項和擴散項求解數(shù)學模型的控制方程，得到燒結料層內(nèi)的混料溫度及氣體溫度、底部出口煙氣溫度及成分；

(5)將步驟(4)中的得到計算結果與實際煙氣循環(huán)燒結杯實驗獲得的實驗結果進行對比驗證，確定經(jīng)驗系數(shù)的取值；

(6)進行優(yōu)化仿真，對實際生產(chǎn)中的熱工參數(shù)和操控參數(shù)進行模擬分析，以優(yōu)化煙氣循環(huán)燒結工藝。

2.根據(jù)權利要求1所述的預測煙氣循環(huán)燒結質(zhì)-熱耦合過程的數(shù)值計算方法，其特征在于，所述數(shù)學模型控制方程包括：

氣體質(zhì)量守恒方程：

混料質(zhì)量守恒方程：

氣體能量守恒方程：

混料能量守恒方程：

氣體動量守恒方程：

氣體狀態(tài)方程：

定解條件如下：初始條件為當t＝0時，T_s＝T_g＝T_ini；邊界條件為當y＝0時，

其中，下標g和s分別為氣體和混料；

下標i和j分別為氣相組分和固相組分編號；

下標k為反應編號；

x和y分別為燒結機長度和料層厚度方向上的坐標；

ε為燒結料層孔隙率，-；

t為時間，s；

u和v分別為在x軸和y軸方向上的速度，m/s；

M為分子摩爾質(zhì)量，kg/mol；

ρ為密度，kg/m³；

Cp為比熱容，J/(kg·K)；

λ為導熱系數(shù)，W/(m·K)；

λ_s,eff為混料的綜合有效導熱系數(shù)，W/(m·K)；

T為溫度，K；

R_k為反應k中某組分的生成速率速率，mol/(m³·s)；

μ_g為氣體動力粘度，Pa·s；

h_conv為氣-固對流換熱系數(shù)，W/(m²·K)；

As為固相顆粒的比表面積，m²/m³；

ΔH_k為反應k的熱效應，J/kg；

P為料層壓力，Pa；

F為粘性應力張量，-；

S為料層阻力造成的動量損失，Pa/m；

d_p為混料或固相顆粒的當量粒徑，m；

為混料或固相顆粒的形狀因子，-；

R_g為通用氣體常數(shù)，J/(mol·K)；

T_ini為布料溫度，K；

T_g,in為料層頂部的入風溫度，K；

T_s,0為料層頂部混料的溫度，K；

ε_m為混料黑度，-；

σ為Stefan-Bolzmann常數(shù)，W/(m²·K⁴)。