干熄焦炉内固-气流动及传热数值模拟毕业论文(编辑修改稿)

干熄焦炉内固-气流动及传热数值模拟毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

究的意义与内容 课题研究的意义 干熄焦技术具有节能环保、提高焦炭质量等优点，在国内外都有非常广泛的应用。 我国的干熄焦技术起步比较晚，虽然近些年有了很大的进步，但是与日本、 德国等拥有先进的干熄焦技术国家还有一定的差距，因此加大对干熄焦技术的研究对我国钢铁事业的发展有重大的意义。 干熄焦斜道区结构复杂，炉内工作条件变化大，焦炭和循环气体的冲刷、斜道区内存在的较大温差产生的热应力、有害物质的化学侵蚀等诸多因素都影响着干熄焦炉内耐武汉科技大学本科毕业论文 5 火材料的使用寿命。 而现实中进行换热实验研究成本较高，对干熄焦炉内固 气流动和换热的进行仿真模拟，可以降低实验成本。 同时，对干熄焦炉内固 气流动和换热的仿真模拟的研究，已经体现出了数值模拟的准确性和可行性。 因此，数值模拟作为一种新的研究方法必将得到进 一步的发展。 课题研究的内容 本文以某钢厂 140t/h 干熄焦装置为研究对象，建立干熄焦炉内循环气体和焦炭颗粒间流动和传热的物理数学模型，利用前处理软件 ICEM 对干熄炉模型进行网格划分。 基于 FLUENT 中的多孔介质模型模拟干熄焦炉内固 气流动情况，采用 UDS 和 UDF 将FLUENT 中的单能量方程改写为双能量方程，模拟循环气体和焦炭换热情况。 根据模拟结果，分析气体和焦炭在干熄焦炉内的压力场、速度场和温度场分布规律，为干熄焦炉的设计提供依据。 在此基础上，通过调节气体入口速度和入口风温 ，观察气体出口温度和焦炭出口温度的变化情况，分析各种工作参数对固 气流动和传热的影响，得到最佳工作参数，优化生产工艺。 武汉科技大学本科毕业论文 6 2 研究方法 CFD FLUENT软件介绍 Computational Fluid Dynamics，即计算流体动力学 , 简称 CFD。 CFD 是近代流体力学，数值数学和计算机科学结合的产物，是一门具有强大生命力的边缘科学。 它以电子计算机为工具，应用各种离散化的数学方法，对流体力学的各类问题进行数值实验、计算机模拟和分析研究 ，以解决各种实际问题。 FLUENT 是目前比较流行的 CFD 软件包，用来模拟从不可压缩到高度可压缩范围内的复杂流动。 由于采用了多种求解方法和多重网络加速收敛技术， FLUENT 能达到最佳的收敛速度和求解精度。 FLUENT 求解的思路和步骤是根据实际情况抽象并建立物理模型，然后选择求解模型，设置边界条件和初始条件，设置迭代和控制参数并进行计算，最后进行后处理和分析，或者根据实验结果重新调整参数进行计算直至得到可接受的结果。 干熄焦炉内的焦炭有形状大小不一、空隙数量巨大和孔径较小的特点，因此，循环气体与焦炭之 间的流动和换热可以看作是循环气体在焦炭颗粒组成的多孔介质间的流动和换热。 FLUENT 软件中的多孔介质模型能较准确地模拟干熄焦内固 气流动及传热的规律。 FLUENT软件的二次开发 FLUENT 软件的多孔介质模型采用的单能量方程，而干熄焦炉内焦炭和冷却气体的温度恒不相等，必须采用非局域热平衡的双能量方程来研究两者间的换热，因此需要借助 UDS 和 UDF 对 FLUENT 软件进行二次开发。 首先，通过 UDS 分别定义焦炭和循环气体的温度，采用双能量方程处理冷却气体与焦炭之间的换热，利用 UDF 分别编写焦炭 和气体能量方程中的源项、对流项和扩散项，然后导入 FLUENT 软件中进行编译，将多孔介质中的单能量方程开发成双能量方程。 UDS 中的 DEFINE_DIFFUSIVITY 宏函数可以定义焦炭和惰性气体能量方程中的扩散系数。 具体程序代码如下所示，其中 solid_diffusivity 表示焦炭的扩散系数，solid_diffusivity 表示气体的扩散系数。 DEFINE_DIFFUSIVITY(solid_diffusivity, c, t, i) { real phi=。 /焦炭 孔隙率 / real ks=。 /焦炭导热系数 / real cs=960。 /焦炭比热 / 武汉科技大学本科毕业论文 7 real diff_solid。 diff_solid=(1phi)*ks。 /根据公式求出扩散系数 / return diff_solid。 /返回扩散系数 / } DEFINE_DIFFUSIVITY(solid_diffusivity, c, t, i) { real phi=。 /惰性气体孔隙率 / real ks=。 /惰性气体导热系数 / real cf=。 /惰性气体比热 / real diff_fluid。 diff_solid=(1phi)*ks。 /根据公式求出扩散系数 / return diff_solid。 /返回扩散系数 / } UDS 中的宏函数 DEFINE_UDS_FLUX 可以定义焦炭和气体能量方程中的对流项。 具体程序代码如下所示，其中 solid_flux 表示焦炭对流项， fluid_flux 表示气体对流项。 DEFINE_UDS_FLUX(solid_flux, f, t, i) { cell_t c0, c1 = 1。 Thread *t0, *t1 = NULL。 real NV_VEC(psi_vec), NV_VEC(A), flux =。 real dens。 c0 = F_C0(f,t)。 t0 = F_C0_THREAD(f,t)。 F_AREA(A, f, t)。 /* If face lies at domain boundary, use face values。 */ /* If face lies IN the domain, use average of adjacent cells. */ if (BOUNDARY_FACE_THREAD_P(t)) /*Most face values will be available*/ { /* Depending on its BC, density may not be set on face thread*/ if (NNULLP(THREAD_STORAGE(t,SV_DENSITY))) dens = F_R(f,t)。 /* Set dens to face value if available */ else dens = C_R(c0,t0)。 /* else, set dens to cell value */ dens=。 NV_DS(psi_vec, =, 0,0, *, dens)。 武汉科技大学本科毕业论文 8 // Message(dens= %f\n,dens)。 flux = NV_DOT(psi_vec, A)。 /* flux through Face */ } else { c1 = F_C1(f,t)。 /* Get cell on other side of face */ t1 = F_C1_THREAD(f,t)。 dens=。 NV_DS(psi_vec, =, 0,0,*,dens)。 NV_DS(psi_vec, +=, 0,0,*,dens)。 flux = NV_DOT(psi_vec, A)/。 /* Average flux through face */ } return flux。 } DEFINE_UDS_FLUX(fluid_flux, f, t, i) { cell_t c0, c1 = 1。 Thread *t0, *t1 = NULL。 real NV_VEC(psi_vec), NV_VEC(A), flux =。 c0 = F_C0(f,t)。 t0 = F_C0_THREAD(f,t)。 F_AREA(A, f, t)。 /* If face lies at domain boundary, use face values。 */ /* If face lies IN the domain, use average of adjacent cells. */ If(BOUNDARY_FACE_THREAD_P(t))/*Most face values will be available*/ { real dens。 /* Depending on its BC, density may not be set on face thread*/ if (NNULLP(THREAD_STORAGE(t,SV_DENSITY))) dens = F_R(f,t)。 /* Set dens to face value if available */ else dens = C_R(c0,t0)。 /* else, set dens to cell value */ NV_DS(psi_vec, =, F_U(f,t), F_V(f,t), F_W(f,t), *, dens)。 flux = NV_DOT(psi_vec, A)。 /* flux through Face */ 武汉科技大学本科毕业论文 9 } Else { c1 = F_C1(f,t)。 /* Get cell on other side of face */ t1 = F_C1_THREAD(f,t)。 NV_DS(psi_vec, =, C_U(c0,t0),C_V(c0,t0),C_W(c0,t0),*,C_R(c0,t0))。 NV_DS(psi_vec, +=, C_U(c1,t1),C_V(c1,t1),C_W(c1,t1),*,C_R(c1,t1))。 flux = NV_DOT(psi_vec, A)/。 /* Average flux through face */ } return flux。 } UDS 中的 DEFINE_SOURCE 宏函数可以定义焦炭和惰性气体能量方程中的源项。 具体程序代码如下所示，其中 solid_soure 表示焦炭的源项， gas_source 表示气体的源项。 DEFINE_SOURCE(gas_source, c, t, dS, eqn) { real S_fluid。 real hv=1392。 real cf=。