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CO2溅渣护炉过程射流特性的模拟研究的开题报告

一、研究背景和意义：

炉内温度分布不均匀是导致炉子锅炉易出现结垢和腐蚀的主要原因之一。CO2溅渣护炉是目前应用较广的一种保护炉子的方法之一。CO2在高温下分解出O2，同时将炉膛内的氧气部分置换，从而减慢了金属材料的氧化速率。此外，CO2流体力学性质良好，可以使得渣珠等杂质物质远离金属表面，起到有效的保护作用。

然而，CO2溅渣护炉过程中，对于如何控制剂量、优化射流条件等问题尚存在一定的难度和挑战。同时，由于目前实际运用中常常采用经验参数，缺乏系统建模和数值模拟支撑，动态监测与控制难度较大，因此大幅度限制了CO2溅渣护炉在实际生产中的应用效果和经济效益。

本研究旨在建立CO2溅渣护炉过程的数值模型，模拟分析射流特性和效果，以期提高其应用效果和节能减排等方面的综合效益。

二、研究内容和方案：

1.建立CO2溅渣护炉数值模型，采用CFD（计算流体力学）软件进行模拟分析。

2.研究射流特性，包括流速、温度、质量流量等参数对溅渣护炉效果的影响，并优化射流参数。在此基础上，对比分析不同射流参数下的过程效果和机理。

3.对比分析理论/模拟结果与实验结果之间的误差和偏差，并提出改进建议。

4.根据研究结果，提出优化溅渣护炉过程的建议和技术支持，以期提高其工艺效益和社会经济效益。

三、预期研究成果：

1.建立CO2溅渣护炉的数值模型，基于CFD软件进行动态模拟。

2.深入理解CO2溅渣护炉过程的物理机理、相关参数及其对效果的影响规律。

3.通过优化射流参数，提高CO2溅渣护炉的应用效果和节能减排效益。

4.提出改进建议和技术支持，以期实现工程实际应用和推广。

四、研究方法和步骤：

1.收集并整理相关文献，了解CO2溅渣护炉的工艺流程和技术参数。

2.在ANSYSFluent软件平台上建立CO2溅渣护炉的三维数值模型，并进行网格划分和边界条件的设定。

3.采用流场、温度场和质量传递等多物理过程耦合求解，模拟分析CO2溅渣护炉射流特性。

4.通过模拟结果对参数进行筛选和优化，提高CO2溅渣护炉过程的效果和经济性。

5.对比和验证模拟结果和实验结果之间的误差和偏差，并优化模型和模拟过程。

五、研究进度和计划安排：

本研究计划在12个月内完成，具体进度和计划安排如下：

1.第1-3个月：两阶段物理模型的建立和验证

2.第4-6个月：优化射流参数和效果分析

3.第7-9个月：数值模拟结果与实验结果的对比分析

4.第10-12个月：成果总结和结论提炼，撰写论文及相关技术报告

六、论文主要参考文献：

1.金钦，王华.CO2溅渣护炉对喷嘴射流特性的影响研究[C].北风股份有限公司，2016.

2.钱桥，陈海，徐志远.基于CFD数值模拟技术的CO2护炉工艺优化研究[J].工业加热，2019，48(4):59~62.

3.董军敏，张朝，崔毅刚.基于数值模拟的CO2溅渣护炉过程研究[J].机械设计与研究，2018，34(1):82~87.