液态高铅渣还原炉内多相流数值模拟与中优化分析.docx

学位论文原创性声明本人郑重声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研 学位论文原创性声明 本人郑重声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研 究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致 谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也 不包含为获得中南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确 的说明。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 作者签名：翌垄函日期：业年』月么日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解中南大学有关保留、使用学 位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版；本人允许本学位论文被查阅和借阅；学校可以 将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 复印、缩印或其它手段保存和汇编本学位论文。 保密论文待解密后适应本声明。 作者签名： 弛 导师签名 万方数据 中南大学硕士学位论文 中南大学硕士学位论文 摘要 液态高铅渣还原炉内多相流数值模拟与优化 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，研究了还原炉内气一液两相流过程中各物 理场的分布及气一液一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，确定了还原炉喷枪倾角、熔池深度、喷枪直径 及喷枪间距等参数的最优操作区间：喷枪倾角为100～200、熔池深度 为O．8m～lm、喷枪直径为40mm～60mm、喷枪间距为0．83～1．04m。 设计正交试验方案，通过矩阵分析的方法对试验结果加以分析讨 论，在各因素中，对液态高铅渣还原炉流动过程影响大小顺序依次为： 喷枪直径喷枪倾角熔池深度喷枪间距；得到的最优工况为： C3B】AlD2，即喷枪直径60mm，喷枪角度10。，熔池深度为800mm， 间距采用950mm；与基准工况相比，优化后熔池气含率增大了12．5％， 熔池区域流体平均运动速度增大了9．22％，平均湍动能增大了9．89％。 图33幅，表19个，参考文献93篇 关键词：液态高铅渣还原炉，多相流，数值模拟，矩阵分析，多目标 优化 分类号：TF812，TKl75 万方数据 中南大学硕士学位论文 中南大学硕士学位论文 ABSTRACT Numerical Simulation and Optimization of Multiphase Flow in the Reduction Furnace of the Liquid Rich-Lead Slag ABSTRACT：The reduction furnace of the liquid rich—lead slag IS the main equipment of reduction process during directly smelting lead．It is obvious that the multiphase flow process among the high temperature melt，gas mixture and the coal particles has an impact on the operation process．The influences of