论文题目: 高炉污泥旋流分级中的多相流动
论文类型: 硕士论文
论文专业: 工程热物理
作者: 耿丽萍
导师: 杨茉
关键词: 水力旋流器,高炉污泥,数值模拟,多相流动,雷诺应力模型
文献来源: 上海理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 高炉炼铁过程中产生的污泥经过脱锌处理后可以作为炼铁原料回收利用，其经济和环境效益显著。研究表明，高炉污泥中的锌主要集中在较细颗粒中，而铁和碳主要集中在较粗颗粒中，因此可以利用水力旋流器对高炉污泥进行粗、细颗粒旋流分级而达到脱锌的目的。本文以这种高炉污泥脱锌为应用背景，通过数值模拟和试验研究了高炉污泥在水力旋流器中的湍流多相流动，得到了水力旋流器结构参数和操作参数对高炉污泥分级性能影响的变化规律，并通过颗粒的受力分析探讨了影响颗粒分级的主要因素以及浓度对分级的影响。 本文用湍流雷诺应力模型和一种多流体模型对水力旋流器内的液固多相流动建立了数学模型，采用了不需事先给定水力旋流器分流比的压力出口边界条件，获得了水力旋流器内的液固多相流动的数值解。与已有试验结果比较表明，本文采用的这种压力出口边界条件下的计算结果与试验结果吻合很好。本文还进一步在各种不同的水力旋流器结构参数和操作参数下，对高炉污泥的旋流分离进行了数值模拟和试验，数值结果表明：旋流器的排口比是影响分流比的主要因素，进口压力对分流比有一定影响，水力旋流器的直径变化(排口比不变)和锥段角度变化对分流比基本上没有影响；随着直径、锥段角度的增大，分离粒度逐渐增大，回收率降低；随着入口压力增大，水力旋流器的分离粒度变小，底流分流比会缓慢增加；随着溢流管管径的增加，分离粒度增大，分流比明显减小，回收率降低；随着底流管直径的增加，分离粒度减小，分级效果明显下降，回收率会增加。试验结果表明：随着进口浓度的增加，底流分流比缓慢增加；通过试验得到的旋流器直径、进口压力、底流口直径、溢流口直径对分流比的影响与数值模拟得到的变化趋势是一致的。试验还给出了底流和溢流排口比对分流比、脱锌率和回收率的影响。在进口压力为27.5psig，进口质量浓度为25％时，分流比随排口比的增加而增大、脱锌率随排口比的增加而降低，回收率随排口比的增加而增大，这和数值模拟在低浓度下得到的结果是一致的。 通过对课题研究范围内不同浓度下水力旋流器中颗粒的受力分析和对数值模拟结果的分析，探讨了不同浓度范围内促使粗细颗粒分离的主要因素，初步证实在宝钢高炉污泥的浓度操作范围内，离心力是促使颗粒分离的主要作用力，颗粒之间的相互作用力对颗粒分离影响不大。分析表明，在高炉污泥颗粒分离的浓度操作范围内，颗粒的沉降速度比数值计算浓度条件下的沉降速度有所降低，但仍基本上与颗粒直径的平方成正比，大小颗粒主要在离心沉降的作用下得到分离，
论文目录:
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
§1.1 课题背景
§1.2 研究现状
§1.2.1 试验研究
§1.2.2 理论研究
§1.3 已有工作的不足与本文的主要研究内容
第二章 水力旋流器多相流动的数学描述和计算方法
§2.1 结构和分离原理
§2.2 数学描述和计算方法
§2.2.1 描述水力旋流器内流动的微分方程组
§2.2.2 边界条件
§2.3 数值计算方法
§2.4 算例验证
§2.5 本章结论
第三章 高炉污泥旋流分级的数值模拟和试验分析
§3.1 结构参数、颗粒特性和分级效率
§3.2 影响分流比的因素
§3.3 质量出口边界条件下数值模拟的分析
§3.3.1 旋流器直径的影响
§3.3.2 旋流器锥段角度的影响
§3.3.3 旋流器进口压力的影响
§3.4 压力出口边界条件下数值模拟的分析
§3.4.1 旋流器直径和锥段角度的影响
§3.4.2 旋流器进口压力的影响
§3.4.3 旋流器溢流管管径的影响
§3.4.4 旋流器底流管管径的影响
§3.5 试验研究
§3.5.1 试验简介
§3.5.2 试验结果分析
§3.6 本章结论
第四章 水力旋流器内多相流动的颗粒受力分析
§4.1 颗粒运动概述
§4.2 高炉污泥脱锌分离时的颗粒受力
§4.2.1 低浓度下水力旋流器内的颗粒受力
§4.2.2 低浓度下水力旋流器内颗粒运动的模拟
§4.2.3 试验浓度范围内的颗粒受力
§4.2.4 高浓度范围内的说明
§4.3 本章结论
第五章 结论
主要符号表
参考文献
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一、论文
二、专利
致谢
发布时间: 2007-06-08
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