Математическое моделирование и комплекс программ для задач формирования и поддержания гарнисажа в металлургических агрегатах струйно-эмульсионного типа

• Автор: Огнев, Александр Михайлович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Новокузнецк
• Количество страниц: 167 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ХАРАКТЕРИСТИКА И ОБОСНОВАНИЕ

МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Механизм процессов в струйноэмульсионных реакторах.

1.1.1. Процесс и агрегат типа струйноэмульсионный реактор.

1.1.2. Зонные модели

1.2. Гарнисаж в металлургических агрегатах

1.3. Обоснование математического объекта исследования.

1.3.1. Задача формирования и поддержания гарнисажного слоя

1.3.2. Задача теплоотвода при формировании и поддержании гарнисажа.

1.3.3. Система циркуляционного охлаждения.
1.3.4. Постановка задачи создания комплексной модели системы гарнисажного охлаждения.
1.3.5. Постановка задачи математического моделирования
процессов формирования и поддержания гарнисажа
ГЛАВА 2. ТИПЫ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПОСТАВЛЕННЫХ
2.1. Формирование гарнисажа теплопередача с фазовым
переходом.
2.2. Теплоотдача при течении жидкости в трубах
2.3. Расчет гидравлических напоров и коэффициентов местных сопротивлений
2.4. Термодинамические модели структурной стабилизации
ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И ЧИСЛЕННЫЕ
3.1. Математические модели формирования гарнисажного слоя.
3.1.1. Стационарная двухмерная модель.
3.1.2. Динамика формирования гарнисажа.
3.1.3. Модель теплового пограничного слоя
3.1.4. Модель гидродинамического омывания гарнисажного
3.1.5. Процессы структурной стабилизации в гарнисаже.
3.2. Математические модели гидравлической системы охлаждения.
3.2.1. Модель обеспечения теплоотвода
3.2.2. Модель замкнутой разветвленной двухуровневой гидравлической системы.
ГЛАВА 4. КОМПЛЕКС ПРОГРАММ И РЕЗУЛЬТАТЫ
ИССЛЕДОВАНИЙ
4.1. Программная реализация стационарной двухмерной модели теплопередачи.
4.2. Программная реализация моделей теплового пограничного слоя
и гидродинамического омывания гарнисажного слоя.
4.3. Компьютерная система моделирования динамики
формирования гарнисажа
4.4. Имитационная программа и САПР системы охлаждения.
4.5. Функциональная структура автоматизированной системы управления охлаждением металлургических агрегатов струйноэмульсионного типа
4.6. Технологические инструкции при ручном режиме работы автоматизированной системы охлаждения и диагностика
аварийных ситуаций
ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНЫХ ИСТОЧНИКОВ.
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


Реализация принципа подчиненности процессов взаимодействия на микрочастицах (каплях, пузырьках, твердых частицах) параметру порядка в реакторе-осцилляторе. Это осуществляется путем пульсации давления в системе через достижение критической скорости истечения, изменение газосодер-жания и взаимодействие со средой (подвод-отвод). Распределение процессов и термодинамических потенциалов в двух реакторах. Качественно характер изменения термодинамического потенциала (например, величины отклонения системы от равновесия) представлен на рисунке 1. В первом реакторе осуществляется выведение процессов в сильно неравновесное состояние. Во втором реакторе реализуется преимущественно свободное движение системы к равновесию. Агрегат предназначен для переработки шлама, окалины, графита и других пылевидных материалов и отходов. Рисунок 1. Рк - потенциал конечного продукта. Анализ основных механизмов процессов, протекающих в рассмотренном выше агрегате, дает основание полагать, что в связи с последовательным характером превращений исходных веществ, протекающих в ряде физически или функционально локализованных объемах, наиболее адекватным подходом к структуризации всего достаточно сложного механизма является пространственно-зонный принцип декомпозиции. Рассмотрим интерпретацию этого подхода для выделенных зон пока на качественном уровне (см. Зона 1. Сжигание природного газа с недожогом и его частичная конверсия. Зона 2. Образование псевдогомогенной газовзвеси, начало прогрева и восстановления оксидов. По отношению к зоне 1 эта зона выступает как демпфирующая и стабилизирующая составляющая. Но, в принципе, в этой зоне могут развиваться концентрационные волны диффузии и кинетики в радиальных направлениях, и волны сжатия, сгенерированные зоной 1. Зона 3. Соединительный канал, через который движется двухфазный поток (газовзвесь). Здесь продолжаются процессы горения жидкого топлива и газа на поверхности частиц и процессы восстановления оксидов, а также деструкция твердого углерода. Важной задачей, с практической точки зрения, здесь является оценка степени превращения поданной в первый реактор шихты за время пребывания в зонах 1-3. Но определяющим процессом в зоне 3, безусловно, является газодинамика двухфазного потока: волны сжатия и разрежения (одномерная задача) и распределение скоростей по сечению канала (двухмерная задача) с выходом на пристенные скорости, так как от этого зависит толщина гарнисажа и его стойкость. Зона 4. Внедряющийся во взвешенную эмульсию двухфазный поток. Эту зону, по-видимому, можно рассматривать с одной стороны, как модель идеального смешения, с другой стороны, как динамический аналог провальной решетки, которая на высоко турбулизованных вихрях (и за счет волн расширения нагревающегося газа) держит зону 6, которую можно рассматривать как псевдо-ожиженный слой в виде турбулизованной пены и газовзвеси твердых частиц. Через эту зону происходит провал более тяжелых частиц из зон 6 и 7, а также возможно некоторое расслоение частиц входящего из соединительного канала (зона 3) потока. Снизу через эту зону выделяются газообразные продукты реакции зон 5 и 8. Из-за высокой степени турбулизации, химизм в этой зоне есть смысл рассматривать только в макрообъеме: главным образом, с точки зрения интенсивности газовыделения и температурного расширения газа. Рисунок 1. В основном же зону 4 следует рассматривать как буферную емкость идеального перемешивания, в которую что-то входит и выходит. Зона 5. Относительно плотная газошлаковая эмульсия типа сильно-вспененного конвертерного или мартеновского шлака в слое, прилегающем к металлу. Она отсечена от зоны 6 высокоскоростным динамическим потоком, т. Именно эта зона может играть решающую роль в процессах самоорганизации в рафинирующем отстойнике. Все зависит от ее относительного объема и степени неравновесности. Аналогом этой зоны может служить состояние переокисленного шлака в мартеновской печи при крепком расплавлении, с той лишь разницей, что здесь, вместе с большим содержанием РеО, одновременно имеет место большое содержание Сг в виде твердых частиц углерода и [С] в корольках металла.