在轉(zhuǎn)爐煉鋼的過程中,產(chǎn)生大量高溫的轉(zhuǎn)爐煤氣,主要成分是CO,其出口溫度高達(dá)160℃左右,具有非常高的余熱回收價(jià)值。目前,國內(nèi)外轉(zhuǎn)爐煤氣的余熱回收方式主要有LT法和OG法,這兩種方法均只回收了轉(zhuǎn)爐煤氣的化學(xué)能,未對(duì)轉(zhuǎn)爐煤氣中溫段的余熱進(jìn)行回收,極大的浪費(fèi)了余熱資源。對(duì)轉(zhuǎn)爐煤氣中溫段的余熱資源進(jìn)行有效回收利用,是緩解資源瓶頸制約、環(huán)境污染嚴(yán)重的有效途徑。同時(shí),盡管OG法與LT法的工藝已經(jīng)非常成熟,但是也不能夠確保百分之百安全,近幾年,轉(zhuǎn)爐煤氣爆炸事故屢見不鮮,造成的損失也是巨大的。因此,無論是從現(xiàn)有工藝的轉(zhuǎn)爐煤氣安全回收的角度出發(fā),還是從未來轉(zhuǎn)爐煤氣余熱回收的角度出發(fā),研究轉(zhuǎn)爐煤氣的爆燃特性是十分有意義的。本文基于計(jì)算流體力學(xué)的方法,建立二維封閉容器的幾何模型,采用Fluent軟件自帶的Premixed燃燒模型,對(duì)轉(zhuǎn)爐煤氣/空氣預(yù)混氣體在密閉容器內(nèi)的爆燃特性進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。重點(diǎn)研究了障礙物對(duì)轉(zhuǎn)爐煤氣爆燃特性的影響,同時(shí)也研究了初始溫度、初始?jí)毫�、點(diǎn)火位置、容器長寬比、容器開口情況等影響因素對(duì)轉(zhuǎn)爐煤氣爆燃特性的影響。研究表明:在密閉容器內(nèi),轉(zhuǎn)爐煤氣的火焰?zhèn)鞑シ譃樗膫�(gè)階段,火焰在點(diǎn)火初期沒有接觸到壁面,處于加速狀態(tài),火焰面呈半球狀向外傳播,之后,火焰前鋒呈指狀加速向前傳播,當(dāng)火焰接觸到兩側(cè)壁面時(shí),火焰前鋒趨于一個(gè)平面,最終火焰保持“郁金香”形狀在容器內(nèi)傳播直至完全燒盡;障礙物的數(shù)量對(duì)最大爆炸壓力的數(shù)值影響不大,但是對(duì)火焰?zhèn)鞑ニ俣扔忻黠@的加速作用,增大了爆炸壓力上升速率;轉(zhuǎn)爐煤氣的最大爆炸壓力與初始溫度成反比,與初始?jí)毫Τ烧?點(diǎn)火位置的不同不會(huì)影響最大爆炸壓力,但是會(huì)影響爆炸壓力上升速率,容器中間位置點(diǎn)火的爆炸壓力上升速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于在容器兩側(cè)點(diǎn)火;容器的長寬比不影響轉(zhuǎn)爐煤氣的最大爆炸壓力,但是會(huì)影響各階段火焰?zhèn)鞑ニ俣?轉(zhuǎn)爐煤氣在半開口容器內(nèi)發(fā)生爆炸時(shí),其火焰?zhèn)鞑ニ俣冗h(yuǎn)遠(yuǎn)大于在密閉容器內(nèi)的火焰?zhèn)鞑ニ俣�。本文所建立的模型與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有較好的吻合度,可以用于計(jì)算轉(zhuǎn)爐煤氣爆燃特性的數(shù)值模擬研究。
【學(xué)位單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TF71
【部分圖文】：

爆燃的爆炸強(qiáng)度要高于前兩者，是一種帶有壓力沖擊波的燃燒形式�；鹧骊囧义厦娴乃俣嚷缘陀趬毫_擊波，行進(jìn)在壓力沖擊波的后面，因此，爆燃是由前驅(qū)沖逡逑擊波與后面的火焰陣面組成，如下圖２－１所示。爆燃過程不是一個(gè)穩(wěn)定的火焰?zhèn)麇义喜ミ^程，在某種特定的條件下，它可能會(huì)衰減為定壓燃燒；相反，它也可能會(huì)因逡逑為邊界約束的增強(qiáng)，火焰陣面加速，最后趕上前驅(qū)沖擊波，并與其合二為一，形逡逑成爆轟波。大多數(shù)情況下，管道內(nèi)可燃行氣體爆炸都屬于爆燃過程，特別是在初逡逑始階段。一般密閉容器中以局部點(diǎn)火源點(diǎn)火的燃燒形式也屬于爆燃。逡逑己燃區(qū)邐反應(yīng)區(qū)邐未燃區(qū)逡逑＾＾邐Ｖ’〉逡逑火焰面邐前驅(qū)沖擊波逡逑圖２．１爆燃過程的兩波三區(qū)結(jié)構(gòu)逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｔｈｒｅｅ邋ｆｌｏｗ邋ｆｉｅｌｄｓ邋ｏｆ邋ｄｅｆｌａｇｒａｔｉｏｎ逡逑爆轟是氣體爆炸形式中，強(qiáng)度最高的一種爆炸形式，它的沖擊波以超音速向逡逑前傳播，并帶有化學(xué)反應(yīng)。波陣面前后的密度和壓力都會(huì)發(fā)生突變。對(duì)于大多數(shù)逡逑碳?xì)浠衔飦碚f，燃料在化學(xué)計(jì)量比的條件下，其爆轟壓力多數(shù)為１．５邋ＭＰａ左右，逡逑而在純氧中，其爆轟壓力可提高１倍。相應(yīng)的爆轟速度均是超音速的，例如，可逡逑燃性氣體在空氣中的火焰?zhèn)鞑ニ俣燃s為１．８邋ｋｍ／ｓ左右

３．６．１計(jì)算區(qū)域及網(wǎng)格劃分逡逑文獻(xiàn)［７（）］對(duì)轉(zhuǎn)爐煤氣的爆炸過程進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，爆炸裝置是經(jīng)過特殊加工的逡逑無縫鋼管，如圖３．７所示，其內(nèi)徑為０．２邋ｍ，總高為０．２２邋ｍ，壁厚為７．５邋ｍｍ，呈逡逑罐狀。將預(yù)先配置好的轉(zhuǎn)爐煤氣與空氣的預(yù)混氣導(dǎo)入爆炸裝置內(nèi)，將整個(gè)爆炸裝逡逑置放置在加熱爐中加熱到一定的溫度，再通過位于爆炸裝置中心處的一對(duì)電極進(jìn)逡逑行充電點(diǎn)火。本文以文獻(xiàn)中實(shí)驗(yàn)爆炸罐為封閉空間原型，按１：１的比例建立密閉逡逑容器的二維物理模型。將用文獻(xiàn)［７０］中的爆炸過程的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來驗(yàn)證本文所建立逡逑的數(shù)學(xué)模型是否精確。逡逑＾Ｓ＾ｉｇｐＳｐＳｌｉｉ＾＾ａｉ逡逑—邐邐邐．．■■■■；．邋邐二逡逑■邋ｍｍ逡逑＾0｜＾ｋ９＾＾９Ｓｓｓ＾ｓＳ８逡逑二：：．．二邋１邋二二二：：：：：７ＴＴ口二二二＾二＾二＝：二：：：二：二７＊：—＾＂＾－：－：二；＾＝＾：－二二二逡逑ｌｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉ逡逑圖３．７爆炸裝置外觀圖邐圖３．８計(jì)算網(wǎng)格示意圖逡逑Ｆｉｇ．邋３．７邋Ｆｅａｔｕｒｅｓ邋ｏｆ邋Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ邋ｄｅｖｉｃｅ邐Ｆｉｇ．邋３．８邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｇｉｒｄ逡逑網(wǎng)格的質(zhì)量決定模擬的結(jié)果的準(zhǔn)確性以及所耗費(fèi)的計(jì)算時(shí)間。因此，為了實(shí)逡逑現(xiàn)對(duì)網(wǎng)格疏密的控制，首先應(yīng)該對(duì)計(jì)算區(qū)域進(jìn)行分區(qū)，對(duì)各個(gè)分區(qū)采用不同的網(wǎng)逡逑格劃分形式，盡量使用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，以提高計(jì)算精度，減少網(wǎng)格數(shù)量。逡逑本文二維模型的網(wǎng)格則由結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格混合而成，下部的矩形采用逡逑結(jié)構(gòu)化四邊形網(wǎng)格

條件及初始條件逡逑：四面邊界默認(rèn)為絕熱壁面，壁面無滑移；逡逑：在點(diǎn)（０．１，邋０．１１）處ｐａｔｃｈ溫度２０００邋Ｋ的己燃區(qū)，點(diǎn)火：ｌ．Ｏａｔｍ；逡逑：０．００１邋ｓ。逡逑結(jié)果及分析逡逑用３００邋Ｋ、４７３邋Ｋ、６７３邋Ｋ、７７３邋Ｋ四個(gè)初始溫度進(jìn)行了爆了爆炸后的溫度、壓力、進(jìn)程變量等參數(shù)隨時(shí)間的變化４７３邋Ｋ的預(yù)混氣體為例，對(duì)整個(gè)爆炸過程進(jìn)行具體的，進(jìn)程變量ｃ的分布云圖。逡逑

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本文編號(hào)：2831381