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变物性高温熔融流体离心粒化网状破裂模式多相流换热及调控研究

批准号:
52106074
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
谭煜
依托单位:
学科分类:
传热传质学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
谭煜

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
高温液态高炉渣是高炉炼铁过程产生的主要副产物,其中蕴含了大量高品位余热资源,但目前暂未实现其余热回收。目前,液态熔渣离心粒化余热回收技术已被公认是最有发展潜力的液态高炉渣余热回收方法。然而,高炉巨大的排渣流量必然使离心粒化过程进入粒化性能较差的膜状分裂模式,导致粒化颗粒直径显著增大,从而降低系统余热回收效率。因此,大熔渣流量条件下离心粒化膜状分裂模式的粒化性能不足成为该技术工业化应用的关键瓶颈问题。本项目将揭示自由液膜穿孔破裂形成粒化性能较好的网状破裂模式的条件及形成机制;明晰网状破裂模式下自由液膜多相流动和换热之间的相互作用关系;提出基于新型双层结构粒化器以及外加多孔细微颗粒气流冲击自由液膜的离心粒化强化手段,从而为大流量条件下液态高炉渣离心粒化性能的提升提供理论支撑,有力的推动液态高炉渣离心粒化余热回收技术工业化应用进程。
英文摘要
High temperature molten blast furnace slag is a by-product of the blast furnace iron making process, which contains a large amount of high-grade waste heat, but the waste heat recovery has not yet been achieved. At present, the molten slag centrifugal granulation and waste heat recovery technology has been recognized as the most promising waste heat recovery method. However, the huge molten slag discharge flow rate of the blast furnace will inevitably make the centrifugal granulation in the film fragmentaion mode with poor granulation performance, resulting in a significant increase in the diameter of the granulated particles and reducing the waste heat recovery efficiency of the system. Therefore, the poor granulation performance of the molten slag centrifugal granulation in film fragmentaion mode under large flow conditions is the key industrial application technical bottleneck of this technology. This project will reveal the conditions and formation mechanism of the free liquid film perforation and rupture to form a film perforation fragmentation mode with better granulation performance. Besides, the interaction effect between free film multiphase flow and heat transfer in the film perforation fragmentation mode will be clarified. Then, the centrifugal granulation strengthening methods of new double-layer structure granulator and the impacting of free film by the porous fine particles carried airflow will be propose, so as to provide theoretical support for the improvement of the centrifugal granulation performance of molten slag under large flow conditions, and promote the industrial application process of molten slag centrifugal granulation waste heat recovery technology.
高温液态高炉渣是高炉炼铁过程产生的主要副产物,其中蕴含了大量高品位余热资源,但目前暂未实现其余热回收。目前,液态熔渣离心粒化余热回收技术已被公认是最有发展潜力的液态高炉渣余热回收方法。然而,高炉巨大的排渣流量必然使离心粒化过程进入粒化性能较差的膜状分裂模式,导致粒化颗粒直径显著增大,从而降低系统余热回收效率。因此,大熔渣流量条件下离心粒化膜状分裂模式的粒化性能不足成为该技术工业化应用的关键瓶颈问题。本项目在探明大流量网状破裂模式离心粒化机理的基础上,提出离心粒化强化手段,以提高高温液态熔渣的处理量和粒化效果。项目内容研究进展如下:搭建流体离心粒化可视化机理研究实验平台,采用低温模拟工质,探明了粒化器转速、流体流量、流体粘度、粒化器结构等参数对膜状分裂模式形成条件以及对液膜动态破碎行为的影响,揭示了液膜破碎形成液滴直径分布以及液滴平均直径的变化规律,获得了液膜网状破裂模式下液滴平均直径预测模型;搭建高温熔渣离心粒化研究实验系统,采用温度为1723K的真实高温液态熔渣开展离心粒化实验研究,获得了不同粒化器结构以及不同熔渣成分条件下膜状分裂模式的液膜破碎现象以及粒化颗粒尺寸分布规律。基于三维瞬态VOF方法,分别建立了高温熔渣在粒化器表面流动以及在粒化器边沿破碎的CFD模型,探明了入口波动条件对粒化器表面液膜不稳定流动的影响,明晰了工业规模流量下,粒化器边沿自由液膜的破碎规律;设计并加工得到新型双层结构离心粒化器,成功实现高温熔渣的分层流动与粒化,获得更小的颗粒尺寸以及更加优异的防粘结效果。明确了双层粒化器在不同转速、不同流量、不同双层粒化器结构条件下的颗粒粒径变化规律以及防粘结效果,得到了粒化性能最优的双层粒化器结构。本项目研究成果将为工业规模液态熔渣离心粒化余热回收系统设计提供重要指导,有力推进其工业化应用进程。
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