高炉回旋区模型PDA测试及数值模拟研究

作者:郭术义;陈举华 刊名:青岛大学学报(工程技术版) 上传者:史璞

【摘要】应用相似与模化原理建立了高炉回旋区三维冷态试验模型,并应用三维激光相位多普勒分析仪(PhaseDopplerAnalyzer,PDA)对模型内流场进行了测量,同时用所建立的数学模型对流场进行了数值模拟。研究发现:涡流中心速度梯度出现突增的现象,数值模拟与试验结果比较一致。

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文章编号:1006 9798(2004) 02 0059 05 高炉回旋区模型 PDA 测试及数值模拟研究Ξ郭术义 , 陈举华 (山东大学机械工程学院 ,山东 济南 250061) 摘要 : 应用相似与模化原理建立了高炉回旋区三维冷态试验模型 ,并应用三维激光相位多普勒分析仪(Phase Doppler Analyzer , PDA)对模型内流场进行了测量 ,同时用所建立的数学模型对流场进行了数值模拟。研究发现 :涡流中心速度梯度出现突增的现象 ,数值模拟与试验结果比较一致。 关键词 : 高炉 ;回旋区 ;冷态模型 ;PDA 测量 ;数值模拟 中图分类号 : TF513          文献标识码 : A 高炉回旋区在高炉冶炼中非常重要 ,前人对回旋区的形成机理曾进行过深入的研究[1 - 2] 。但由于回旋区内气体温度高、压力大 ,化学反应、物理过程复杂 ,目前仍缺乏完整的描述风口回旋区的理论[3] 。 三维激光相位多普勒分析仪(Phase Doppler Analyzer , PDA)是世界上最先进的测量多相流场的仪器 ,它具有较高的测量精度和空间分辨率 ,在不干扰流场分布的情况下 ,能够同时测量流场中示踪粒子的瞬时速度、粒径和浓度等物理量。 应用相似与模化原理建立了高炉回旋区三维冷态实验测试模型 ,并首次应用三维 PDA 对模型流场内气体和颗粒的特性参数进行了测量(在此只分析粒子速度特性) ;同时利用 Navier2Stokes 建立了回旋区数学模 型 ,并进行了数值模拟。实验结果符合规律 ,与数值模拟结果比较一致。本试验为进一步研究回旋区的机理提供了大量的第一手实验数据。 1  试验模型建立 相似与模化原理[4]指出 ,试验现象要反映真实物理现象的内在规律 ,两者必须相似。保证试验与实物的相似须满足 :描述现象的方程组文字相同 ;描述方程组单值条件的相似倍数满足相似准则。只有这样 ,才可以把试验结果整理成准则关系式推广到实物中 ,才具有较高的价值。试验与真实现象的介质同为空气的 1. 出风口; 2. 调节阀; 3. 试验测试台; 4. 石英玻璃窗 5. 接受单元; 6. 微机; 7. 信号处理机; 8. 激光器 9. 激光分光器; 10. 发射单元; 11. 进风、进料口图 1  PDA 实验系统示意图 流动 ,条件 —自然得到满足。试验与实物的流动也同为强迫流动。在强迫流动中起主要作用的是粘滞力 ,重力影响可忽略不计 ,故相似准则中须保证 Re (雷诺) 准则 , 即 Re =ρvl/μ= 不变量式中 ,ρ为密度 ,kg/ m3 ; v 为速度 ,m/ s; μ为动力粘性系 数 ,kg/ (m· s) ; l 为几何尺寸 ,m。忽略 Fr(傅鲁德) 和 Eu (欧拉)准则 ,并基于以上原则来建立本试验的模型。 2  实验条件 试验采用山东大学能源与动力学院的丹麦 Dantec 公 司制造的三维 PDA 测量系统 ,如图 1 所示。试验风机在 Ξ收稿日期:2004 02 23 基金项目:山东省自然科学基金项目 ( Y2002F19) ;山东省科学技术发展计划项目 (012050107) 作者简介:郭术义 (1972 ) ,男 ,博士生 ,主要研究方向为湍流。 第 19 卷第 2 期 2 0 0 4 年 6 月 青岛大学学报 ( 工程技术版) JOURNAL OF QINGDAO UNIVERSITY ( E&T)       Vol. 19 No. 2 Jun. 2 0 0 4 出风口 ,系统为负压引风 ,通过调节调节阀 2 可以达到模拟

参考文献

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