【《顶底复吹转炉数值模拟模型建立案例分析》2700字】

顶底复吹转炉数值模拟模型建立案例分析目录TOC\o"1-3"\h\u19978顶底复吹转炉数值模拟模型建立案例分析 [23]：（1）连续性方程经实验研究确定，流体适用质量守恒定律，原因是因为流体连续不断，在运动时，空间被流体占据。根据质量守恒定律，流入的质量等于流出的质量，空间是固定封闭的，这种情况是对于稳定流动的流体来说的；对于不稳定的流体流动，外部流入与流出质量差等于封闭空间内流体质量的变化量，其控制方程如下：（3-2）式中——密度，kg/m3；t——时间，s；——速度向量，m/s。（2）动量方程纳维尔和斯托克斯分别是法国和英国的科学家，他们俩在1826年和1847年分别提出了N-S方程，所以将他俩共同提出的问题称为纳维尔-斯托克斯方程，后被用作动量守恒方程，这种方程常被用作动量传输时所用方程。其表达式如下：（3-3）（3-4）（3-5）式中u，v，w——x、y、z方向速率，单位m/s。（3）VOF模型这里介绍的VOF模型是一种曲面追踪方法，以固定的欧拉网格为基础。它的前提是两种或两种以上的流体（或相）不会相互混合。当需要获得一个或多个不可溶性流体相互作用时，此模型可用于界面。在本研究中，由于气液两相接口的模拟符合VOF模型的使用条件，因此利用该模型捕获了气液两相底部吹动过程中的相位接口。对VOF模型，所有的流体流动都可用动量的方程计算。每个相容量分数的引入可以通过每个计算部分的相界面进行跟踪。在每个单元的控制量中，总容积分数为1，这是所有阶段的共性，所有变量及其特征在控制体积的每个阶段共享，表示平均值。相体积分数决定于任何具有一定的控制体积中的可控因素及其性质。在VOF模型中，体积分数方程必须解决两个连续方程，主要是模拟和解决两个相的流动，方程如下：（3-5）在VOF模型中，由于每个单元格中每个相的体积分数之和为1，解决方案也必须与以下控制方程联立执行：（3-6）动量方程为：（3-7）（4）标准k-ε湍流模型k-ε湍流模型是目前被应用最普遍的模型。这是一个双方程模型。它适用于各种完全开发的湍流计算。壁面附近的液体由边界增强方法处理。湍流能量k和湍流能量消耗分散ε以下传输方程：湍动能(k)方程：（3-8）湍动能耗(ε)散率方程：（3-9）湍流粘度系数：（3-10）式中，QUOTEGkGk代表平均速度梯度、Gb是指湍动能项，由浮力生成的；C1ε，C2ε，σk，σε，Cμ代表的是一个经验常数，他们的值分别为：C1ε=1.44，C2ε（5）组分传输过程在模拟研究，特别是混合均匀的时间中，在转炉中加入适量的示踪剂，当从转炉中任何一点取样和分析的浓度Cn等于初始的浓度Ci时，即（Cn/Ci=1），一般情况下，认为它是完全混合的。对于特定的混合过程，Cn/Ci=1±0.05目前是公认的混合过程。因此，为使加入示踪剂后满足混合的要求，定点的浓度需控制在0.95～1.05范围内，这段时间称为混合时间。一般情况下的混合过程，顶底复吹转炉内示踪剂的输送和混合主要有循环流对流输送、湍流扩散的输送方式和示踪剂浓度差的扩散方式三种进行。∂∂t式中，𝑐𝑛为示踪剂的浓度，𝑆𝑐𝑡是湍流施密特数，𝑆𝑛为涡动粘度，𝐷𝑛是湍流扩散系数。模型边界条件转炉模型的边界条件设置如下：1）上底面：圆柱体容器中，上底面的出口压力于环境压力相等，为0.101MPa；2）侧面和下底面：圆柱体容器中，这两面的表面是无边界的且边界条件是防滑的，标准壁面函数被用于壁面附近流场的计算；3）轴对称的边界：轴对称是流体的边界类型。在此边界上，法向速度与法向梯度都为零；4）每相的初始化：高度为1750mm的圆柱形容器的底部区域在气液两相流中定义为钢水。模型建立和网格划分控制方程的求解方法为数值方法，需要在一定的空间域内对控制方程进行离散化，然后对得到的离散方程进行求解。如果控制方程在空间域中离散，则必须使用网格。不同的问题采用不同数值解法时，所需要的网格形式不一定相同，一般情况下，对于二维空间的流体问题，三角形和四边形被常用作网格单元的组合方式；对于三维空间的流体问题，四面体、六面体和三棱柱体三种方式常被使用。在计算时，节点将网格连接起来，说明了生成网格的方法大致相同。对转炉底部的熔池区域进行多相流模拟，为了减少不必要的计算量