發(fā)布時間：2017-09-14 12:36

  本文關(guān)鍵詞：硅包氧化精煉過程氣液兩相流動行為的分析與優(yōu)化

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【摘要】：隨著工業(yè)硅生產(chǎn)中精煉新技術(shù)的發(fā)展,硅冶金過程的各種流體流動現(xiàn)象需要進一步深入研究。但冶金工業(yè)的高溫環(huán)境使得直接測量存在很大困難,難以獲得足夠可靠的流場信息和數(shù)據(jù),計算流體力學(Computational Fluid Dynamics, CFD)技術(shù)為深入研究冶金過程中流體流動現(xiàn)象提供了一種新的方法和可能。本論文主要針對云南某工業(yè)硅生產(chǎn)企業(yè),以一臺16500 kw礦熱爐的爐外精煉硅包為研究對象,對硅包爐外精煉過程中復雜的氣液兩相流行為開展研究,主要采用計算流體力學模擬仿真以及水模型實驗進行了以下研究工作：首先應用VOF (Volume-of-Fluid)多相流模型,綜合考慮了兩相表面張力和壁面函數(shù)的影響,利用RNG k-ε雙方程模型和Geo-Reconstruct幾何重構(gòu)法實現(xiàn)了兩相界面上的非穩(wěn)態(tài)流動,對單個氣泡在水中的運動情況進行三維模擬,對氣泡在上升過程中的長大、上浮及破裂等行為、自由表面的波動情況進行研究,研究結(jié)果表明所建立的數(shù)學模型具有一定的合理性。建立等比例的爐外精煉硅包數(shù)學模型,將以上所用到的計算模型及計算方法用到對硅水的攪拌,對其三維瞬態(tài)數(shù)值模擬。研究硅包內(nèi)不同截面氣泡主要參數(shù)、氣體體積分數(shù)分布規(guī)律、硅包內(nèi)液體流動情況以及自由液面波動情況,為硅包的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計以及工業(yè)硅爐外精煉的工藝結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與依據(jù)。依據(jù)相似原理,按照1：3的相似比設(shè)計制作硅包水模型實驗裝置,采用有機玻璃代替耐火材料來模擬硅包內(nèi)流體原型,對以上模擬結(jié)果進行實驗驗證和對硅包進行初步優(yōu)化設(shè)計。利用觀察法和照相法來獲取氣泡的形成過程、運動規(guī)律及其分布情況,并利用片光源進一步獲取熔池內(nèi)部的流場信息。主要了研究液面高度、底吹流量、進口位置分布對混勻時間的影響,分析得出在底吹實驗中的最佳優(yōu)化方案為：在底部進氣分布方式為11孔進氣方案,底吹流量為1.2Nm3·h-1,液面高度為414mm時,硅包模型的混勻效果最好,可為實際生產(chǎn)提供指導或進一步研究提供參考。優(yōu)化后的11孔進氣方案能夠改善模型內(nèi)的流場,減小流場內(nèi)死區(qū)的比例,并能使氣泡更加均勻的分布在硅包中。
【關(guān)鍵詞】：硅包 氣泡 VOF 底吹 水模型
【學位授予單位】：昆明理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN304.12
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-28
• 1.1 課題研究背景及其發(fā)展狀況12-13
• 1.2 工業(yè)硅生產(chǎn)及應用13-17
• 1.2.1 工業(yè)硅生產(chǎn)14-15
• 1.2.2 在化學工業(yè)的應用15-16
• 1.2.3 在電子行業(yè)中的應用16
• 1.2.4 在冶金行業(yè)中的應用16-17
• 1.3 工業(yè)硅爐外精煉工藝研究現(xiàn)狀17-21
• 1.3.1 工業(yè)硅爐外精煉簡介17-19
• 1.3.2 工業(yè)硅爐外氧化精煉工藝現(xiàn)狀19-21
• 1.4 氣液兩相流數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀21-26
• 1.4.1 CFD技術(shù)及其在冶金行業(yè)的應用21-24
• 1.4.2 氣液兩相流數(shù)值模擬24-26
• 1.5 本論文的工作內(nèi)容、目的及意義26-28
• 1.5.1 本論文的工作內(nèi)容26-27
• 1.5.2 本論文工作的目的及意義27-28
• 第二章 工業(yè)硅爐外精煉硅包數(shù)學模型的建立28-40
• 2.1 物理模型28-29
• 2.2 物理模型建立的依據(jù)29-32
• 2.2.1 幾何相似29-31
• 2.2.2 運動與動力相似31-32
• 2.3 多相流模型32-35
• 2.3.1 多相流分類32-33
• 2.3.2 VOF模型33-34
• 2.3.3 界面通量的求法34-35
• 2.4 數(shù)學模型的建立35-39
• 2.4.1 數(shù)值模擬對象及網(wǎng)格劃分35-37
• 2.4.2 邊界條件設(shè)置37
• 2.4.3 計算模型和求解器的選擇37-39
• 2.5 小結(jié)39-40
• 第三章 硅包內(nèi)水中氣泡數(shù)值模擬及實驗對比40-50
• 3.1 單個氣泡的模擬分析40-43
• 3.2 連續(xù)氣體進口的模擬分析43-46
• 3.3 硅包連續(xù)氣體進口實驗對比46-48
• 3.4 小結(jié)48-50
• 第四章 硅包內(nèi)三維數(shù)值模擬及其分析50-60
• 4.1 三維硅包內(nèi)流體動力分析50-54
• 4.1.1 三維硅包內(nèi)縱截面流體動力分析50-51
• 4.1.2 三維硅包內(nèi)橫截面流體動力分析51-54
• 4.2 三維硅包內(nèi)氣體含量分析54-56
• 4.3 三維硅包內(nèi)的壓力分布56-57
• 4.4 三維硅包內(nèi)溫度場初步分析57-59
• 4.5 小結(jié)59-60
• 第五章 硅包三維水模型的實驗及數(shù)據(jù)分析60-74
• 5.1 實驗原理及實驗裝置60-63
• 5.1.1 實驗原理60-61
• 5.1.2 實驗裝置61-63
• 5.2 無底吹實驗對照組63-64
• 5.3 液面高度對混勻時間的影響及數(shù)據(jù)處理64-65
• 5.4 底吹流量對混勻時間的影響及數(shù)據(jù)處理65-67
• 5.5 進口位置分布對混勻時間及流場的影響及數(shù)據(jù)處理67-70
• 5.6 優(yōu)化前后流場對比分析70-72
• 5.7 小結(jié)72-74
• 第六章 結(jié)論與展望74-76
• 6.1 結(jié)論74
• 6.2 展望74-76
• 致謝76-78
• 參考文獻78-84
• 附錄84

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本文編號：850064