转炉氧枪喷头参数的数值模拟研究

冶　金　能　源Vol127　No16

Nov12008ENERGYFORMETALLURGICALINDUSTRY

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(1)进口边界:入口类型为压力入口,压

力值设定为018MPa,炉膛压力取01104～

0115MPa;

(2)出口边界:出口类型为压力出口,压力值设定为01104～0115MPa;

(3)温度条件:环境温度取290K;

(4)壁面边界:按照无滑移壁面来处理,采用壁面函数法;

(5)其他条件:重力取9181m/s2,根据实际

图1　氧枪喷头结构示意图表1　改进前后的氧枪参数

类别喉口直径

改进前25mm改进后2612mm

出口直径夹角马赫数氧压孔数3119mm10°2100195MPa33410mm1015°210018MPa3

条件调节松弛因子的取值以改善求解器性能。

213　网格划分及数值求解方法

为取得较好的模拟效果,在直角坐标系下采用分块网格划分的方法来建立起模型的混合网格系统,网格由Gambit软件生成。其中喷头部分采用三角形网格,。为,,657929个,包含1999174个面,683717个节点。

使用Fluent软件进行数值模拟,采用有限容积法和二阶迎风格式进行离散化处理,压力场和流场采用SIMPLE算法。3　数值模拟结果及其分析

[4]

2　喷头射流流场数学模型的建立

2m、[3]

211　控制方程

(1)控制方程通用形式5(ρ<)/5t+div(ρu<)=div(Γgrad<)+S

式中:<为通用变量,可以代表u、v、w、T等求解变量;Г为广义扩散系数;S为广义源项。对于连续方程:<=1;Г=0;S=0对于动量方程:<=ui;Г=μ;S=-5p/5xi对于能量方程:<=T;Г=k/cp;S=0

式中:u、v、w分别代表坐标轴三个方向的速度;ρ为密度;T为温度;μ为粘性系数;p为压力;k为流体的传热系数;cp为比热容。

(2)标准k-ε模型:

ii

ε=

5xk5xk

2

μi=ρεCμk/

式中:Cμ是经验常数,根据Launder等的推荐值及后来的实验验证,取值0109。212　边界条件

模拟采用隐式求解器、非耦合算法进行,在湍流模型的选择上采用比较常用的k-ε模型。具体设置如下:

改进后的氧枪喷头相比改进前在各不同距离上的截面半径都有所增加,表2的统计数据显示,截面有效半径最大增加幅度达6%。这说明改进后的氧枪喷头冲击面积增大,有利于化渣。对比模拟结果并结合表3可以看出,改进后喷头射流速度较改进前有所降低,在距离喷口1m处射流速度降低了15m/s,在距离喷口115m处射流速度降低了10m/s。速度的降低必然减小氧气射流的冲击深度,从而反应区过度集中的现象有所缓解,转炉喷溅会得以改善。

表2　不同距离射流截面半径

距喷头/m改进前改进后增加幅度

015241825121%

110341835152%

3941156%mm115

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