發(fā)布時間：2020-06-17 04:22

【摘要】：氣體通過頂部浸沒管噴吹進入液體,形成氣泡攪動液相,影響流場的現(xiàn)象十分普遍,常見于冶金、化工、生物等領域。通過氣體噴吹,能夠帶來諸如各成分充分混勻、容器內(nèi)溫度分布均勻和夾雜物去除等一系列有利效果。因此,對浸沒式頂吹的氣液流場攪拌規(guī)律進行深入研究對于指導工業(yè)中的生產(chǎn)與設計具有重要意義。本文在現(xiàn)有氣液噴吹攪拌研究的基礎上,通過實驗與數(shù)值模擬的方法研究了單孔浸沒式頂吹的流場攪拌規(guī)律。所做工作不僅可以為相應的氣液兩相噴吹攪拌評價體系提供具有普適性的理論與方法支撐,而且也能為工業(yè)生產(chǎn)提供一定的基礎技術(shù)支持。主要的研究工作如下:(1)建立了本文單孔浸沒式頂吹氣液攪拌的實驗研究模型,搭建了單孔浸沒式頂吹水模實驗平臺,利用高速相機進行拍攝記錄。獲得了多種進氣量、噴管插入深度等條件下連續(xù)的圖片,進行了基于攪拌功的氣泡脫離尺寸統(tǒng)計與分析。(2)提出了在不借助專業(yè)儀器且能準確、全面量化液相攪拌效果的前提下,根據(jù)對水模實驗所得的連續(xù)圖片,進行基于圖片分塊策略和NCC算法的相似度的特征計算方法,并運用該方法研究了不同工況下單孔浸沒式頂吹對流場的攪拌效果。(3)針對單孔浸沒式頂吹攪拌水模實驗的原型結(jié)構(gòu),進行了三維數(shù)值建模及仿真,對水模實驗容器內(nèi)部的流場動態(tài)特性進行了分析;同時將仿真所得的氣泡脫離尺寸、死區(qū)占比分別與實驗中的氣泡尺寸、相似度進行了比較分析。證明了浸沒式噴吹數(shù)值模擬中網(wǎng)格劃分的合理性與數(shù)值計算方法的有效性。(4)進一步針對雙層非溶合液體在單孔浸沒式頂吹條件下,進行了數(shù)值模擬,預測了容器內(nèi)的流場特性與表層液體的運動特征,為冶金行業(yè)特定工序生產(chǎn)(如鐵水脫硫頂吹輔助扒渣工序等)的相關(guān)工藝參數(shù)優(yōu)化進行了有益的探索。
【學位授予單位】：武漢科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TF703
【圖文】：

100mm的扒渣板直線或曲線運動，將鐵水表面的高硫渣逐次扒除[2]，如圖1.1所示。然而該方法在鐵水罐后部罐壁（遠離扒渣機的一側(cè)）存在扒渣死區(qū)，即由于鐵水罐的傾斜，扒渣板無法伸到鐵水罐的后壁處，只有靠近扒渣機一側(cè)的高硫渣才能被迅速清除，遠離扒渣機的渣層需要移動到扒渣板的運動范圍內(nèi)才能被去除，由此導致扒渣率大大降低。圖 1.1 扒渣板機械扒渣示意圖為了提高渣的扒凈度，眾多學者開展了相關(guān)研究工作，提出了一系列吹氣輔助扒渣工藝。國內(nèi)外實際應用的吹氣輔助扒渣工藝主要包括：透氣磚吹氣和頂槍吹氣[3-5]。透氣磚輔助扒渣工藝是上世紀80年代中期由國外學者提出并運用，我國學者在2000年后展開了相關(guān)研究。其做法是在鐵水罐側(cè)壁或者罐底安裝透氣磚，通過透氣磚向鐵水罐內(nèi)鼓入惰性氣體，由此產(chǎn)生氣泡，氣泡上升驅(qū)動鐵水表面的渣層向扒渣機一側(cè)移動

而在噴槍的插入位置附近形成渣眼（無渣區(qū)域）；在靠近扒渣機的區(qū)域，渣層大量聚集，厚度增加，扒渣機能便捷地進行扒渣工作，并能有效減少此過程中的鐵損。圖1.3給出了該方法的示意圖。在上述過程中，液面水平驅(qū)動力是驅(qū)渣的主要動力。液面水平驅(qū)動力來自于兩個方面：氣泡上浮膨脹以及氣泡溢出產(chǎn)生的水平推力；鐵水罐傾斜后壁對上浮氣泡流股抑制轉(zhuǎn)向形成的水平推力[6]。1—扒渣機；2—渣罐；3—鐵水罐；4—頂槍圖1.3 頂槍吹氣輔助扒渣示意圖及現(xiàn)場圖頂槍吹氣輔助扒渣工藝相對較為完善，頂吹噴槍與鐵水罐、扒渣裝置之間相互獨立，頂槍不影響鐵水罐的整體性與扒渣裝置，能滿足不同鐵水罐周轉(zhuǎn)模式條件下的使用性能要求，且運行費用與維護成本較低，實際應用縮短了扒渣時間、

【參考文獻】

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本文編號：2717066