【摘要】：氣體通過頂部浸沒管噴吹進(jìn)入液體,形成氣泡攪動(dòng)液相,影響流場的現(xiàn)象十分普遍,常見于冶金、化工、生物等領(lǐng)域。通過氣體噴吹,能夠帶來諸如各成分充分混勻、容器內(nèi)溫度分布均勻和夾雜物去除等一系列有利效果。因此,對(duì)浸沒式頂吹的氣液流場攪拌規(guī)律進(jìn)行深入研究對(duì)于指導(dǎo)工業(yè)中的生產(chǎn)與設(shè)計(jì)具有重要意義。本文在現(xiàn)有氣液噴吹攪拌研究的基礎(chǔ)上,通過實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬的方法研究了單孔浸沒式頂吹的流場攪拌規(guī)律。所做工作不僅可以為相應(yīng)的氣液兩相噴吹攪拌評(píng)價(jià)體系提供具有普適性的理論與方法支撐,而且也能為工業(yè)生產(chǎn)提供一定的基礎(chǔ)技術(shù)支持。主要的研究工作如下:(1)建立了本文單孔浸沒式頂吹氣液攪拌的實(shí)驗(yàn)研究模型,搭建了單孔浸沒式頂吹水模實(shí)驗(yàn)平臺(tái),利用高速相機(jī)進(jìn)行拍攝記錄。獲得了多種進(jìn)氣量、噴管插入深度等條件下連續(xù)的圖片,進(jìn)行了基于攪拌功的氣泡脫離尺寸統(tǒng)計(jì)與分析。(2)提出了在不借助專業(yè)儀器且能準(zhǔn)確、全面量化液相攪拌效果的前提下,根據(jù)對(duì)水模實(shí)驗(yàn)所得的連續(xù)圖片,進(jìn)行基于圖片分塊策略和NCC算法的相似度的特征計(jì)算方法,并運(yùn)用該方法研究了不同工況下單孔浸沒式頂吹對(duì)流場的攪拌效果。(3)針對(duì)單孔浸沒式頂吹攪拌水模實(shí)驗(yàn)的原型結(jié)構(gòu),進(jìn)行了三維數(shù)值建模及仿真,對(duì)水模實(shí)驗(yàn)容器內(nèi)部的流場動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了分析;同時(shí)將仿真所得的氣泡脫離尺寸、死區(qū)占比分別與實(shí)驗(yàn)中的氣泡尺寸、相似度進(jìn)行了比較分析。證明了浸沒式噴吹數(shù)值模擬中網(wǎng)格劃分的合理性與數(shù)值計(jì)算方法的有效性。(4)進(jìn)一步針對(duì)雙層非溶合液體在單孔浸沒式頂吹條件下,進(jìn)行了數(shù)值模擬,預(yù)測了容器內(nèi)的流場特性與表層液體的運(yùn)動(dòng)特征,為冶金行業(yè)特定工序生產(chǎn)(如鐵水脫硫頂吹輔助扒渣工序等)的相關(guān)工藝參數(shù)優(yōu)化進(jìn)行了有益的探索。
【學(xué)位授予單位】：武漢科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TF703
【圖文】：

100mm的扒渣板直線或曲線運(yùn)動(dòng)，將鐵水表面的高硫渣逐次扒除[2]，如圖1.1所示。然而該方法在鐵水罐后部罐壁（遠(yuǎn)離扒渣機(jī)的一側(cè)）存在扒渣死區(qū)，即由于鐵水罐的傾斜，扒渣板無法伸到鐵水罐的后壁處，只有靠近扒渣機(jī)一側(cè)的高硫渣才能被迅速清除，遠(yuǎn)離扒渣機(jī)的渣層需要移動(dòng)到扒渣板的運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)才能被去除，由此導(dǎo)致扒渣率大大降低。圖 1.1 扒渣板機(jī)械扒渣示意圖為了提高渣的扒凈度，眾多學(xué)者開展了相關(guān)研究工作，提出了一系列吹氣輔助扒渣工藝。國內(nèi)外實(shí)際應(yīng)用的吹氣輔助扒渣工藝主要包括：透氣磚吹氣和頂槍吹氣[3-5]。透氣磚輔助扒渣工藝是上世紀(jì)80年代中期由國外學(xué)者提出并運(yùn)用，我國學(xué)者在2000年后展開了相關(guān)研究。其做法是在鐵水罐側(cè)壁或者罐底安裝透氣磚，通過透氣磚向鐵水罐內(nèi)鼓入惰性氣體，由此產(chǎn)生氣泡，氣泡上升驅(qū)動(dòng)鐵水表面的渣層向扒渣機(jī)一側(cè)移動(dòng)

而在噴槍的插入位置附近形成渣眼（無渣區(qū)域）；在靠近扒渣機(jī)的區(qū)域，渣層大量聚集，厚度增加，扒渣機(jī)能便捷地進(jìn)行扒渣工作，并能有效減少此過程中的鐵損。圖1.3給出了該方法的示意圖。在上述過程中，液面水平驅(qū)動(dòng)力是驅(qū)渣的主要?jiǎng)恿�。液面水平�?qū)動(dòng)力來自于兩個(gè)方面：氣泡上浮膨脹以及氣泡溢出產(chǎn)生的水平推力；鐵水罐傾斜后壁對(duì)上浮氣泡流股抑制轉(zhuǎn)向形成的水平推力[6]。1—扒渣機(jī)；2—渣罐；3—鐵水罐；4—頂槍圖1.3 頂槍吹氣輔助扒渣示意圖及現(xiàn)場圖頂槍吹氣輔助扒渣工藝相對(duì)較為完善，頂吹噴槍與鐵水罐、扒渣裝置之間相互獨(dú)立，頂槍不影響鐵水罐的整體性與扒渣裝置，能滿足不同鐵水罐周轉(zhuǎn)模式條件下的使用性能要求，且運(yùn)行費(fèi)用與維護(hù)成本較低，實(shí)際應(yīng)用縮短了扒渣時(shí)間、

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李明暉;李遠(yuǎn)兵;歐陽德剛;王興東;鄧品團(tuán);張愛平;;100t鐵水脫硫頂吹輔助扒渣工藝水模型試驗(yàn)和應(yīng)用[J];特殊鋼;2015年05期

2 熊靚;王華;王沖;王仕博;楊濮亦;劉泛函;;頂吹兩相流影響熔池?cái)嚢栊Ч乃Ｐ蛯?shí)驗(yàn)研究[J];化工進(jìn)展;2014年07期

3 楊濮亦;王沖;王仕博;朱道飛;王華;劉泛函;熊靚;黃梅;;頂吹氣泡在兩相間運(yùn)動(dòng)的形變過程對(duì)熔池?cái)嚢栊Ч挠绊慬J];化工進(jìn)展;2014年03期

4 吳進(jìn);;機(jī)器視覺中快速模版匹配算法研究[J];新型工業(yè)化;2014年01期

5 白小偉;吳勝才;羅斌;;鐵水扒渣設(shè)備綜述[J];冶金設(shè)備;2013年04期

6 Yuchen Bian;Feng Dong;Weida Zhang;Hongyi Wang;Chao Tan;Zhiqiang Zhang;;3D reconstruction of single rising bubble in water using digital image processing and characteristic matrix[J];Particuology;2013年02期

7 張阿漫;王超;王詩平;程曉達(dá);;氣泡與自由液面相互作用的實(shí)驗(yàn)研究[J];物理學(xué)報(bào);2012年08期

8 郝帥;陳義勝;李喜樂;龐峗佶;;150t鋼包底吹氬噴嘴優(yōu)化的水模型實(shí)驗(yàn)研究[J];內(nèi)蒙古科技大學(xué)學(xué)報(bào);2011年03期

9 馬剛;趙偉潔;馮京躍;;鐵水預(yù)處理扒渣設(shè)備及技術(shù)的發(fā)展[J];冶金設(shè)備;2010年S1期

10 婁文濤;張邦琪;施哲;;艾薩爐水模型內(nèi)氣泡運(yùn)動(dòng)的模擬[J];中國有色冶金;2010年01期

相關(guān)會(huì)議論文 前1條

1 虞大俊;;噴槍吹氣輔助扒渣工藝的開發(fā)與應(yīng)用[A];2014年低成本煉鋼共性技術(shù)研討會(huì)論文集[C];2014年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 王仕博;艾薩爐頂吹熔池流動(dòng)與傳熱過程數(shù)值模擬研究[D];昆明理工大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 莊小芳;基于混合圖結(jié)構(gòu)的圖像相似度的研究[D];福建師范大學(xué);2013年

2 曹兆峰;氣液兩相流中氣泡三維測量及行為研究[D];天津大學(xué);2012年

3 王惠;旋轉(zhuǎn)脈沖吹氣法精煉過程氣泡的形成及分布[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2012年

4 賀曉佳;灰度圖像快速匹配算法研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2012年

5 姚鋒;鐵水預(yù)處理噴吹脫硫過程動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬[D];華中科技大學(xué);2012年

6 黃遠(yuǎn)濤;LF精煉鋼包底吹氬工藝數(shù)學(xué)物理模擬研究[D];東北大學(xué);2011年

7 邵品;鐵水預(yù)處理過程中噴氣攪拌的實(shí)驗(yàn)與模擬研究[D];昆明理工大學(xué);2009年

8 馬斗;單孔氣泡動(dòng)力學(xué)行為的VOF數(shù)值模擬[D];天津大學(xué);2009年

9 仇東麗;鐵水罐吹氣輔助脫硫扒渣數(shù)學(xué)物理模擬[D];武漢科技大學(xué);2008年

10 蔣國華;視覺傳感器及其圖像匹配算法[D];浙江大學(xué);2007年

本文編號(hào)：2717066