Тепломассообмен в шлаковом расплаве при работе руднотермической электропечи на повышенной удельной мощности

• Автор: Плетнев, Александр Александрович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 154 с. : ил.

Оглавление

Список обозначений

Введение

1. Состояние вопроса

2. Постановка задачи

2.1. Выбор расчетной области

2.2. Система уравнений

2.3. Граничные и начальные условия

2.4. Расчет газосодержания вблизи электродов

2.5. Выводы по главе

3. Расчет поля электрического потенциала
3.1. Модель трехфазной схемы электропитания
3.1.1. Постановка задачи
3.1.2. Метод и результаты решения
3.1.3. Эквивалентная электрическая схема ванны расплава
3.2. Расчет электрического сопротивления шлаковой ванны
3.2.1. Методика расчета
3.2.2. Результаты расчетов
3.2.3. Влияние износа электрода и шихты, заглубленной
в расплав
3.2.4. Влияние диаметра электрода
3.3. Выводы по главе
4. Методика расчета полей скорости и температуры
4.1. Описание вычислительного алгоритма
4.1.1. Выбор типа расчетной сетки
4.1.2. Аппроксимация граничных условий
4.1.3. Расчет поля давления
4.1.4. Расчет объемного стока тепла, связанного с плавлением шихты
4.1.5. Структура алгоритма

4.2. Тестирование программного кода
4.2.1. Свободная конвекция около изотермической стенки
4.2.2. Свободная конвекция в замкнутой полости
4.2.3. Поперечное обтекание кругового цилиндра
4.3. Выводы по главе
5. Тепломассообмен в шлаковой ванне РТП при интенсификации плавки
5.1. Апробация математической модели
5.2. Исходные данные и варьируемые параметры
5.3. Результаты расчетов
5.3.1. Характер движения шлака в руднотермической печи
5.3.2. Температурное поле ванны шлакового расплава
5.3.3. Плавление замешиваемой в расплав шихты
5.4. Влияние интенсификации процесса плавки на параметры
РТП и скорость обеднения шлака
5.5. Выводы по главе
6. Моделирование разрушения водоохлаждаемой стенки РТП
6.1. Математическая модель разрушения охлаждаемой стенки РТП
6.1.1. Постановка задачи
6.1.2. Метод решения
6.1.3. Влияние на решение размера сетки, теплофизических свойств огнеупора и граничных условий
6.2. Результаты расчета
6.3. Выводы по главе
Заключение. Основные результаты и выводы
Список использованной литературы
Приложения

Список обозначений
V - вектор скорости;
/- сила на единицу объема; g - ускорение силы тяжести; п - нормаль к поверхности; г - радиус-вектор;
V - векторный дифференциальный оператор Гамильтона;
В - ширина шлаковой ванны;
Сх - коэффициент гидравлического сопротивления;
/-ток через электрод;
Ь - масштаб длины, расстояние между центрами электродов;
Мг - интенсивность газовыделения;
Р - электрическая мощность;
- удельная мощность источников тепловыделения;
Отен ~ удельная мощность источников теплопоглощения;
Я - электрическое сопротивление, радиус;
£ - площадь;
Т - температура;
Та - опорная температура, формула (2.3); и, V, ¥- компоненты вектора скорости;
Жуд - удельный расход электроэнергии; а - коэффициент температуропроводности; с - удельная теплоемкость;
- диаметр;
И - вертикальный размер (высота) ;
к - коэффициент электрического сопротивления, формула (3.15);
- поправочный коэффициент, формула (4.5) ; п - частота;
- темп замешивания в расплав частиц шихты одной фракции;

2.5.Выводы по главе
1. Сформулирована трехмерная математическая модель, предназначенная для расчета нестационарных процессов тепломассообмена в прямоугольной многоэлектродной руднотермической электропечи. В основу математической модели положены уравнения Навье-Стокса движения вязкой несжимаемой жидкости с непостоянной вязкостью и уравнение конвективного теплообмена с учетом объемных источников тепла. Выталкивающая сила естественной конвекции вычислена по модели Буссинеска.
2. На основании критериев гидродинамического подобия показано, что режим течения в большей части шлаковой ванны РТП является ламинарным.
3. В сформулированной математической модели учтены:
- заглубленные в расплав электроды круглого поперечного сечения;
- источник объемного тепловыделения, связанный с протеканием через шлаковый расплав электрического тока;
- наличие больших градиентов скорости вблизи погруженной в расплав поверхности электродов (динамический пограничный слой);
- наличие больших градиентов температуры вблизи расположенного на поверхности расплава слоя шихты и боковых охлаждаемых стен печи (тепловой пограничный слой);
- зависимость вязкости шлака от температуры;
- усиление естественной конвекции, вызванное газовыделением вблизи контактирующей с расплавом поверхности электродов;
- источник теплопоглощения, обусловленный плавлением шихты в объеме шлакового расплава.