基于物理法回收熔渣余熱的換熱分析方法及系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開一種基于物理法回收熔渣余熱的換熱分析方法及系統，通過建立能夠完整描述物理法回收熔渣余熱過程中換熱的數值模型，計算出冷卻過程中熔渣顆粒的溫度分布，能夠反映顆粒冷卻的真實過程。所述方法包括：S1、建立粒化步CFD模型和流化床步CFD模型；S2、基于所述粒化步CFD模型計算熔渣顆粒在粒化步中的冷卻曲線，并基于所述流化床步CFD模型計算熔渣顆粒在流化床步中的冷卻曲線；S3、將所述熔渣顆粒在粒化步中的冷卻曲線和熔渣顆粒在流化床步中的冷卻曲線結合起來作為熔渣顆粒溫度的邊界條件，利用Matlab軟件，根據導熱微分方程數值求解各個時刻熔渣顆粒的溫度分布。
【專利說明】
基于物理法回收熔渣余熱的換熱分析方法及系統
技術領域
[0001] 本發明涉及能源與資源工程技術領域，具體涉及一種基于物理法回收熔渣余熱的 換熱分析方法及系統。
【背景技術】
[0002] 冶金工業是耗能最高的產業之一。鋼鐵的生產伴隨有大量高溫熔渣排放，其溫度 高達1450~1550°C，蘊含有豐富的余熱。回收冶金熔渣的余熱，對于節能減排具有十分重要 的意義。目前，對熔渣余熱回收研究最為廣泛的是以轉輪法（RCA)、磁盤旋轉霧化器法 (SDA)、旋轉圓筒霧化器法(RCLA)等為代表的基于離心粒化的物理法，它們的共同特征是首 先利用高速旋轉輪盤等方法將高溫的熔渣破碎為高速飛行的顆粒，熔渣顆粒在飛行過程中 與從下方向上流動的空氣接觸換熱并冷卻，而后顆粒進入流化床中，并進一步與空氣更加 充分地換熱冷卻。其中，RCA法可將熔渣破碎為粒徑為2~5mm的顆粒，而SDA和RCLA法可將粒 徑減小到1~2mm甚至更小，有利于熔渣顆粒在余熱回收的過程中快速冷卻而形成玻璃相， 玻璃相的冷卻冶金熔渣顆粒可以作為水泥等工業的原料來回收利用。
[0003] 數值模型作為實驗的重要補充，可以模擬一些實驗室中不易達到的，或者較為危 險的工業條件，便于系統的討論。例如Hadi Purwanto等人建立了一個模擬SDA法的數值模 型，其中對單個顆粒在空氣中的換熱過程利用導熱微分方程的數值解進行了模擬分析； Junxiang Liu等建立起了轉杯(Rotary cup)法破碎過程的數值模型，對恪渣破碎的過程進 行了模擬;Dongxiang Wang等建立起SDA法顆粒霧化過程的理論分析，并建立起了SDA法霧 化過程的數值模型;此外，孫永奇等在單絲實驗（SHTT)的基礎上，建立了單個熔渣顆粒在 空氣中冷卻過程的CFD模型，利用Fluent軟件對其計算分析，考慮了顆粒的相變等諸多過 程。但截至到目前，關于熔渣余熱回收中換熱的數值模型，大都為模擬單個顆粒的冷卻過 程，與實際的物理法的過程具有很大差距，很難反映顆粒冷卻的真實過程。
【發明內容】
[0004] 針對現有技術中的缺陷，本發明實施例提供一種基于物理法回收熔渣余熱的換熱 分析方法及系統。
[0005] -方面，本發明實施例提出一種基于物理法回收熔渣余熱的換熱分析方法，包括：
[0006] S1、建立粒化步CH)模型和流化床步CH)模型；
[0007] S2、基于所述粒化步CH)模型計算熔渣顆粒在粒化步中的冷卻曲線，并基于所述流 化床步CFD模型計算熔渣顆粒在流化床步中的冷卻曲線；
[0008] S3、將所述熔渣顆粒在粒化步中的冷卻曲線和熔渣顆粒在流化床步中的冷卻曲線 結合起來作為熔渣顆粒溫度的邊界條件，利用Matlab軟件，根據導熱微分方程數值求解各 個時刻熔渣顆粒的溫度分布。
[0009] 另一方面，本發明實施例提出一種基于物理法回收熔渣余熱的換熱分析系統，包 括：
[0010] 模型建立單元，用于建立粒化步CH)模型和流化床步CH)模型；
[0011] 曲線計算單元，用于基于所述粒化步CFD模型計算恪渣顆粒在粒化步中的冷卻曲 線，并基于所述流化床步CFD模型計算熔渣顆粒在流化床步中的冷卻曲線；
[0012] 分布計算單元，用于將所述熔渣顆粒在粒化步中的冷卻曲線和熔渣顆粒在流化床 步中的冷卻曲線結合起來作為熔渣顆粒溫度的邊界條件，利用Matlab軟件，根據導熱微分 方程數值求解各個時刻熔渣顆粒的溫度分布。
[0013] 本發明實施例提供的基于物理法回收熔渣余熱的換熱分析方法及系統，從物理法 回收熔渣余熱的實際過程出發，通過建立能夠完整描述物理法回收熔渣余熱過程中換熱的 數值模型，計算出冷卻過程中熔渣顆粒的溫度分布，與傳統的對單顆粒在空氣中換熱的數 值模型對比，本發明實現了對物理法回收熔渣余熱的換熱過程的實際過程的數值計算，能 夠反映顆粒冷卻的真實過程。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本發明一種基于物理法回收熔渣余熱的換熱分析方法一實施例的流程示意 圖；
[0015] 圖2為基于物理法回收熔渣余熱的示意圖；
[0016] 圖3為粒化步對熔渣進行冷卻的示意圖；
[0017] 圖4為流化床步對熔渣進行冷卻的示意圖；
[0018] 圖5為由粒化步模型得出的顆粒冷卻曲線的示意圖；
[0019] 圖6為流化床步顆粒冷卻曲線的示意圖；
[0020] 圖7為實施案例（1)中顆粒中心溫度、平均溫度和表面溫度曲線的示意圖；
[0021 ]圖8為顆粒中心與表面溫度差變化曲線的示意圖；
[0022] 圖9為第一階段顆粒內部溫度分布示意圖；
[0023] 圖10為第二階段顆粒內部溫度分布示意圖；
[0024] 圖11為相變過程階段顆粒內部溫度分布示意圖；
[0025]圖12為第三階段顆粒內部溫度分布示意圖；
[0026] 圖13為冷卻過程中的表觀延滯時間與液、固相延滯時間的對比示意圖；
[0027] 圖14為實施例(3)中獲得的顆粒冷卻曲線的示意圖；
[0028]圖15為本發明一種基于物理法回收熔渣余熱的換熱分析系統一實施例的結構示 意圖。
【具體實施方式】
[0029]為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例 中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚地描述，顯然，所描述的實施例是本發明 一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有 做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0030]參看圖1，本實施例公開一種基于物理法回收熔渣余熱的換熱分析方法，包括：
[0031 ] S1、建立粒化步CH)模型和流化床步CH)模型；
[0032] S2、基于所述粒化步CH)模型計算熔渣顆粒在粒化步中的冷卻曲線，并基于所述流 化床步CFD模型計算熔渣顆粒在流化床步中的冷卻曲線；
[0033] S3、將所述熔渣顆粒在粒化步中的冷卻曲線和熔渣顆粒在流化床步中的冷卻曲線 結合起來作為熔渣顆粒溫度的邊界條件，利用Matlab軟件，根據導熱微分方程數值求解各 個時刻熔渣顆粒的溫度分布。
[0034]本實施例提供的基于物理法回收熔渣余熱的換熱分析方法，從物理法回收熔渣余 熱的實際過程出發，通過建立能夠完整描述物理法回收熔渣余熱過程中換熱的數值模型， 計算出冷卻過程中熔渣顆粒的溫度分布，與傳統的對單顆粒在空氣中換熱的數值模型對 比，本發明實現了對物理法回收熔渣余熱的換熱過程的實際過程的數值計算，能夠反映顆 粒冷卻的真實過程。
[0035]如圖2所示為基于物理法回收熔渣余熱的示意圖，參看圖2,本發明將所有基于離 心粒化的物理法回收熔渣余熱的實際過程劃分為兩個主要部分，即粒化步和流化床步。粒 化步為熔渣破碎為顆粒后，在空氣中飛行的過程。而流化床步則為顆粒在流化床中與空氣 進一步接觸換熱并冷卻的過程。采用整體分析和局部分析的方法來進行模擬，即首先將顆 粒近似為均溫，通過CFD模型計算分析整個流場，得到流場數據以及不考慮顆粒內部溫度分 布時的顆粒冷卻曲線（即較為粗略的冷卻曲線）。然后，借助Matlab等基本的數學分析軟件， 將在CFD模型中計算得出的冷卻曲線當作邊界條件，利用導熱微分方程求解顆粒冷卻過程 中內部溫度分布隨時間的變化。即將一個復雜的，不易直接建模的問題劃分為了兩個容易 建模的問題，兩個部分相結合形成一個整體的模型。由CTO軟件和Matlab軟件聯合實現，可 以計算出物理法回收熔渣余熱過程中顆粒的冷卻曲線和獲得的熱空氣溫度，主要包含以下 步驟：
[0036] 步驟一、對整體流場的分析中，對粒化步和流化床步分別建立一個二維CFD模型， 用以計算兩個主要步驟的整體流場和熱空氣溫度。兩部分的CFD模型和計算方法分述如下：
[0037] 101、粒化步模型。在CH)軟件中，不考慮顆粒內部溫度的分布，將顆粒作為一個整 體，利用入射流(DPM)模型計算粒化過程的換熱以及得到的熱空氣溫度。粒化步對熔渣進行 冷卻的示意圖如圖3所示。粒化步中由熔渣破碎成顆粒的過程在CH)模型中被抽象成離散相 入射流（Injection)。使用經典的Discrete Phase Model (DPM)模型進行計算，將空氣視為 主相(連續相），由計算域的下方流入流場(流速依據實際過程的空氣流量確定）。而熔渣顆 粒視為Lagrange離散相，在計算域的合適位置以入射流的形式進入區域中并與空氣換熱。 采用非穩態迭代，使顆粒以恒定的速度和質量流量不斷入射到計算域中，并取顆粒入射點 上方合適位置、垂直于空氣流向的平面作為參照面，并監測該面上的空氣平均溫度(mass-average temperature) 。迭代計算到參照面上空氣的平均溫度穩定為止。用CFD 軟件提供的 顆粒軌跡追蹤(partic 1 e track)的功能獲得顆粒在粒化步中的粗略冷卻曲線，并取參照面 的空氣平均溫度作為粒化步中獲得的熱空氣溫度的計算值。
[0038] 102、流化床步模型。在CFD軟件中，利用Euler多相流模型模擬顆粒在流化床上的 換熱過程。當計算一個完整的過程時，將（1)中顆粒的末溫當作本步顆粒的初溫。流化床步 對熔渣進行冷卻的示意圖如圖4所示。流化床步中，由于顆粒的停留時間長、堆積率高且運 動路徑不確定的特點，將流化床中的熔渣顆粒抽象為Euler多相流的第二相，使用Euler多 相流模型進行計算。將空氣視為主相，恪渣視為顆粒狀(Granular)的第二相，空氣由計算域 的底部流入計算域中與熔渣顆粒進行換熱。在計算一個完整的算例時，將粒化步的CFD模型 中獲得的顆粒的末溫作為流化床步中的初溫。采用非穩態迭代，迭代計算合適的時間，通過 監測各個時刻區域內熔渣(第二相)的平均溫度來獲得熔渣在流化床中的冷卻曲線，通過監 測出口處的空氣平均溫度，并在整個過程中取平均值作為從流化床步中得到的熱空氣溫度 的計算值。
[0039]步驟二、建立一個計算熔渣顆粒在冷卻過程中顆粒內部的溫度分布的Matlab程 序。將由CH)模型得到的粒化步和流化床步中顆粒的冷卻曲線結合起來作為邊界條件T (Ro， t) = g(t)，其中，g(t)為粒化步和流化床步中顆粒的冷卻曲線結合起來得到的冷卻曲線對 應的溫度隨時間變化的方程，R〇為熔渣顆粒的粒徑，并在假定初始時刻顆粒內部溫度均勻 分布的初始條件T(r，0)=T〇下，根據Fourier導熱微分方程
[0041 ]數值求解各個時刻顆粒內部的溫度分布T = T(r，t)，其中，P為熔渣顆粒的密度，CP 為熔渣顆粒的比熱，X為熔渣顆粒的熱導率。
[0042]進一步，基于在假定顆粒的各個物性始終為常數時的導熱微分方程的解析解：
[0044] 分析提出的顆粒中心和顆粒邊界的溫度在冷卻過程中的聯系一一延滯時間
，其中d為粒徑，a為熔渣的溫度擴散系數(a = A/pCP)。其物理意義在 于:在經過一定時間后，任一時刻顆粒中心的溫度相當于顆粒表面在tdel時間之前的溫度。 即經過足夠長時間后，顆粒中心與邊界的溫度的關系近似滿足T(0，t) = T(Ro，（t-tdel))。它 是作為預測冷卻過程中顆粒內部溫度差的一個重要的參考指標。
[0045] 針對大量算例的計算結果分析了限制粒化步和流化床步中顆粒冷卻速率的主要 因素。在任何一個步驟中，顆粒的冷卻速率可表示為歐姆定律的形式，取決于換熱的動力和 阻力的比值，即：
其中，Ts為顆粒的溫度，Tin為進口空氣 溫度，ms為顆粒的質量，CP,S為顆粒的熱容，qm, g為空氣的質量流量，CP,g為空氣的熱容，Vs為步 驟中顆粒的總體積，hs為顆粒與空氣之間的換熱系數，Rm為取決于空氣質量流量的熱阻，Rd 為取決于粒徑的熱阻。
[0047]其中換熱的動力為顆粒與流入空氣的溫度差，換熱的阻力包含取決于粒徑的熱阻 以及取決于空氣流量的熱阻，二者類似于串聯電阻的關系，而換熱的速率主要有較大的熱 阻決定。在粒化步中，顆粒堆積率低，R m遠小于Rd，因此粒化步的換熱速率主要取決于粒徑， 在粒徑較小時Rd有所減小，空氣流量方可對換熱速率具有一定的影響。而流化床步中，顆粒 堆積率高，心通常大于R d，因此流化床步的換熱速率主要取決于流化床中的空氣流量，在空 氣流量較高時I減小，粒徑方可對換熱速率具有一定的影響。
[0048] 可選地，在本發明基于物理法回收熔渣余熱的換熱分析方法的另一實施例中，還 包括：
[0049] 根據第一時刻熔渣顆粒表面的溫度計算第二時刻該熔渣顆粒中心的溫度，其中， 所述第二時刻減所述第一時刻的值為d2/24a，其中，d為該熔渣顆粒的粒徑，a為熔渣顆粒的 溫度擴散系數。
[0050] 本發明公開了一種利用cro和Mat lab軟件聯合對物理法回收熔渣余熱的建模和數 值計算方法，并對導熱微分方程的解析解做了進一步分析。下面結合附圖并舉具體實施例 對本方法做進一步說明：
[0051] 實施例(1)
[0052]本算例中，熔渣飛行區域(流化床步）的半徑為1.1m，熔渣的質量流量為5kg/s(即 18t/h)，空氣質量流量為2kg/s。熔渣的初溫為1500°C(1773K)，基本物性如表1所示。在粒化 步中，熔渣破碎為直徑1.5mm的顆粒，初速度為2m/s，拋射角為15°。
[0053] 表1熔渣基本物性
[0055]步驟一、通過CH)模型分析整體流場和顆粒的冷卻曲線。
[0056] (1)通過拉格朗日離散(DPM模型)計算熔渣顆粒在飛行過程中的冷卻曲線，由于區 域的對稱性，只計算一半的區域即可。計算域的寬度為1. lm，高度為9m，劃分為24750個正方 形結構化網格。高度5m處的空氣質量流量平均溫度作為獲得的熱空氣平均溫度。顆粒的起 始入射點高度為3.5m，入射點到對稱面的最大距離取轉盤的半徑即70mm。顆粒到達壁面后， 即認為顆粒進入了流化床中，離開了計算區域，因此壁面條件處理為吸附而不是反彈。顆粒 的初始溫度均取1773K，而空氣的溫度取300K，在區域內湍流度依據Standard k-e模型。以 0.005s為時間步長，迭代3000步（即15s)左右區域內流動即可穩定。
[0057]熔渣從破碎成顆粒以后，在進入流化床之前具有近似拋物線形的運行軌跡，顆粒 在本步內飛行的時間為〇 . 615s，溫度從初始的1773K降到1474.88K。而由計算區域半徑 1.1m，顆粒初始線速度2m/s及拋射仰角15度，可以得出顆粒在只有重力作用時理論的飛行 時間為0.569s，因此顆粒的飛行時間較理論值略有延長，這是由于顆粒直徑較小，受到風阻 和湍流的影響所致。粒化步中顆粒的冷卻曲線如圖5所示。橫軸表示顆粒的飛行時間。在粒 化步中顆粒的冷卻速度基本是均勻的，具有非常快的平均冷卻速度，達469K/S，但由于本步 顆粒只能冷卻到1474K，相變過程尚未開始，因此這一步的快速冷卻并不能對冷卻后的顆粒 的玻璃相的含量有顯著的影響。因此，在這個條件下，冷卻后熔渣的玻璃相含量主要取決于 后面的流化床的冷卻過程。在參照面上對空氣計算質量流量平均溫度可得余熱回收獲得的 熱空氣平均溫度。
[0058] (2)通過Euler多項流模型計算恪渣顆粒在流化床上的冷卻過程。計算域取0.15m 寬、2m高（即足夠高）的區域，劃分為12000個結構化網格。氣流從計算區域的下方流入，從上 方流出，空氣流量取〇.1364kg/s，即使得空氣的流速與粒化步中相同。初始時刻，顆粒集中 在下方0.15m高的范圍內，根據假定顆粒平均在流化床中停留30s為標準，按照顆粒的質量 流量可以算出初始時刻顆粒的堆積率為0.1623。流化床中顆粒的初溫為顆粒進入流化床時 的溫度，本步的初溫為粒化步中顆粒的最低溫度，即1474.88K。進口空氣溫度均為300K。迭 代的時間步長為0.002s，以區域內顆粒的平均溫度作為本時刻顆粒的溫度。
[0059]計算得到的本步顆粒冷卻曲線如圖6所示。計算結果表明，熔渣在流化床上從 1484K冷卻到約900K的平均冷卻速度只有14K/s左右，遠低于在粒化步時的冷卻速率。
[0060]步驟二、用Matlab程序計算任一時刻顆粒內部的溫度分布。將兩步的CFD模型中 得到的顆粒的冷卻曲線結合作為邊界條件，利用導熱微分方程數值求解顆粒冷卻過程內部 的溫度分布。假定顆粒在運動過程中始終保持球形，將顆粒內部劃分為100個同心區域，在 每個區域中將導熱微分方程差分離散求解。得到了任意時刻顆粒內部的溫度分布，即T = T (r，t)。其中顆粒經歷的時間t的含義為:在粒化步過程中，經歷的時間即為粒化步內顆粒已 經經歷的飛行時間，而粒化步結束進入流化床后，顆粒經歷的時間即為在粒化步內的飛行 時間與在流化床步已經經歷的時間之和。
[0061 ] 分別固定r = 0和r = R〇,得到的關于時間的函數T = T(0，t)和T = T(R〇，t)即分別代 表顆粒的中心溫度和邊界溫度隨時間的變化過程。此外，對任意時刻的顆粒溫度求平均值：
[0063]顆粒的中心溫度、平均溫度和表面溫度的曲線如圖7所示。此外，顆粒中心與表面 之間的溫度差如圖8所示。可以看出，顆粒的冷卻過程很明顯地分為三個階段:在前5s內，顆 粒冷卻的速度較快，顆粒中心與邊界之間出現很大的溫度差，在t = 0.615s即顆粒粒化步結 束進入流化床時溫度差達到最大值289.4K，進入流化床后溫度差迅速減少。在5s~15s之 間，顆粒以大致均勻的速度冷卻，中心與邊界的溫度差略有下降但基本保持恒定。在t = 15s 時，顆粒中心與邊界的溫度差再次出現明顯的下降，此后的冷卻過程顆粒內部的溫度差維 持在非常低的水平，幾乎是均溫的。
[0064]若固定時間t討論溫度隨半徑r的變化，則得到該時刻下顆粒內部的溫度分布，如 圖9至12所示，四張圖片分別展示了第一階段、第二階段、相變過程中和第三階段顆粒內部 的溫度分布。可以看到，在顆粒粒化步和剛進入流化床的階段，冷卻過程從邊界處啟動，并 逐步向中心區域拓展，直到顆粒內部的冷卻速率逐步與邊界同步為止。在第二階段，顆粒內 部以大致以均勻一致的速度冷卻，并且內部溫度呈現拋物線形分布。在t = 15s前后是顆粒 的相變階段，從(c)部分中能鮮明地看出顆粒由邊界向中心逐步發生相變的過程，已相變的 區域溫度分布顯著地比尚未相變的區域平緩。相變過后，顆粒繼續以均勻一致的速度冷卻， 內部溫度呈現比未相變階段弧度小的拋物線形。從顆粒的物性很容易算出顆粒內部冷卻過 程的"延遲時間"在液相階段和固相階段分別為1.448s和0.193s。定義冷卻的"表觀延滯時 間" A ta為中心與表面的溫度差與顆粒當前平均溫度的降低速度的比值，即：
[0066]顆粒冷卻過程中的表觀延滯時間與延滯時間的對比如圖13所示，在第二階段和第 三階段冷卻速率穩定時，表觀延滯時間分別于液相和固相的延滯時間相吻合。
[0067]實施例⑵
[0068] 同實施例（1)的過程，但將粒徑減小為0.5mm。與實施例（1)對比，可得到粒徑對熔 渣余熱回收過程的影響。
[0069] 實施例(3)
[0070] 同實施例（1)的過程，但將兩步的空氣流量均增加一倍。得到的顆粒冷卻曲線如圖 14所示。與實施例（1)對比，可得到空氣流量對熔渣余熱回收過程的影響。
[0071] 參看圖15,本實施例公開一種基于物理法回收熔渣余熱的換熱分析系統，包括：
[0072] 模型建立單元1，用于建立粒化步CH)模型和流化床步CH)模型；
[0073]曲線計算單元2,用于基于所述粒化步CH)模型計算熔渣顆粒在粒化步中的冷卻曲 線，并基于所述流化床步CFD模型計算熔渣顆粒在流化床步中的冷卻曲線；
[0074]分布計算單元3，用于將所述熔渣顆粒在粒化步中的冷卻曲線和熔渣顆粒在流化 床步中的冷卻曲線結合起來作為熔渣顆粒溫度的邊界條件，利用Matlab軟件，根據導熱微 分方程數值求解各個時刻熔渣顆粒的溫度分布。
[0075]本發明具有如下有益效果：
[0076] 1)與傳統的對單顆粒在空氣中換熱的數值模型對比，本方法從物理法回收熔渣余 熱的實際過程出發，提出了由(FD和Matlab軟件聯合實現對物理法回收熔渣余熱過程的模 型建立和數值計算方法一一兩步法。實現了對物理法回收熔渣余熱的換熱過程的實際過程 的數值計算，并與工業數據有較好的符合度。
[0077] 2)在假定顆粒的物性不隨溫度變化的前提下，通過對求解顆粒內部溫度分布的導 熱微分方程的解析解進行了推導和分析。提出了體現在物理法回收熔渣余熱中，顆粒在冷 卻過程中其中心和表面溫度之間的關系的重要參考量一一延滯時間t del，是預測冷卻過程 中顆粒內部溫度差的一個重要的參考指標。
[0078] 3)根據大量的算例計算結果，對限制粒化步和流化床步中顆粒冷卻速率的主要因 素進行了分析，得出了粒化步中換熱效率主要取決于粒徑，而流化床步中換熱效率主要取 決于空氣流量的結論，對于工業應用具有明確的指導意義。
[0079]雖然結合附圖描述了本發明的實施方式，但是本領域技術人員可以在不脫離本發 明的精神和范圍的情況下做出各種修改和變型，這樣的修改和變型均落入由所附權利要求 所限定的范圍之內。
【主權項】
1. 一種基于物理法回收熔渣余熱的換熱分析方法，其特征在于，包括： 51、 建立粒化步CFD模型和流化床步CFD模型； 52、 基于所述粒化步CH)模型計算熔渣顆粒在粒化步中的冷卻曲線，并基于所述流化床 步CFD模型計算熔渣顆粒在流化床步中的冷卻曲線； 53、 將所述熔渣顆粒在粒化步中的冷卻曲線和熔渣顆粒在流化床步中的冷卻曲線結合 起來作為熔渣顆粒溫度的邊界條件，利用Matlab軟件，根據導熱微分方程數值求解各個時 刻熔渣顆粒的溫度分布。2. 根據權利要求1所述的基于物理法回收熔渣余熱的換熱分析方法，其特征在于，所述 粒化步CFD模型采用CR)軟件中的DPM模型，所述流化床步CR)模型采用CFD軟件中的Euler多 相流模型。3. 根據權利要求2所述的基于物理法回收熔渣余熱的換熱分析方法，其特征在于，所述 基于所述粒化步CFD模型計算熔渣顆粒在粒化步中的冷卻曲線，包括： 將空氣視為主相，由計算域的下方流入流場，將恪渣顆粒視為Lagrange離散相，在計算 域的指定位置以入射流的形式進入區域中并與空氣換熱，基于所述DPM模型采用CH)軟件提 供的顆粒軌跡追蹤的功能獲得顆粒在粒化步中的冷卻曲線。4. 根據權利要求3所述的基于物理法回收熔渣余熱的換熱分析方法，其特征在于，所述 基于所述粒化步CFD模型計算熔渣顆粒在粒化步中的冷卻曲線，還包括： 取顆粒入射點上方指定位置、垂直于空氣流向的平面作為參照面，采用非穩態迭代法 計算該參照面上的空氣平均溫度直至迭代計算得到的該參照面上的空氣平均溫度穩定為 止，并取迭代計算得到的該參照面上的空氣平均溫度作為粒化步中獲得的熱空氣的溫度。5. 根據權利要求2所述的基于物理法回收熔渣余熱的換熱分析方法，其特征在于，所述 基于所述流化床步CFD模型計算熔渣顆粒在流化床步中的冷卻曲線，包括： 將熔渣顆粒視為Euler多相流的第二相，將空氣視為主相，由計算域的底部流入計算域 中與恪渣顆粒進行換熱，基于所述Euler多相流模型，采用非穩態迭代法計算計算域中恪渣 顆粒的平均溫度，并將熔渣顆粒的平均溫度作為本時刻熔渣顆粒的溫度，基于各個時刻熔 渣顆粒的溫度得到熔渣顆粒在流化床步中的冷卻曲線。6. 根據權利要求5所述的基于物理法回收熔渣余熱的換熱分析方法，其特征在于，所述 基于所述流化床步CFD模型計算恪渣顆粒在流化床步中的冷卻曲線，還包括： 通過監測出口處的空氣平均溫度，并在整個過程中空氣平均溫度取平均值作為流化床 步中獲得到的熱空氣的溫度。7. 根據權利要求1所述的基于物理法回收熔渣余熱的換熱分析方法，其特征在于，還包 括： 根據第一時刻熔渣顆粒表面的溫度計算第二時刻該熔渣顆粒中心的溫度，其中，所述 第二時刻減所述第一時刻的值為d2/24a，其中，d為該熔渣顆粒的粒徑，a為熔渣顆粒的溫度 擴散系數。8. -種基于物理法回收熔渣余熱的換熱分析系統，其特征在于，包括： 模型建立單元，用于建立粒化步CFD模型和流化床步CFD模型； 曲線計算單元，用于基于所述粒化步CH)模型計算熔渣顆粒在粒化步中的冷卻曲線，并 基于所述流化床步CFD模型計算熔渣顆粒在流化床步中的冷卻曲線； 分布計算單元，用于將所述熔渣顆粒在粒化步中的冷卻曲線和熔渣顆粒在流化床步中 的冷卻曲線結合起來作為熔渣顆粒溫度的邊界條件，利用Mat Iab軟件，根據導熱微分方程 數值求解各個時刻熔渣顆粒的溫度分布。
【文檔編號】G06F19/00GK105893762SQ201610204881
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月5日
【發明人】劉謙益, 孫永奇, 張作泰
【申請人】北京大學