一种模拟蓄热室分格结构对焦炉烟气流量分配影响的方法

本发明涉及焦炉蓄热室运行领域，特别涉及一种基于fluent软件模拟焦炉不同分格结构的蓄热室运行时，流量分配等基本情况。

背景技术：

1、焦炉使用3～5年后，经常会出现格子砖烧熔、坍塌、堵塞情况，由此造成蓄热室阻力增大，影响焦炉生产稳定及正常加热。为此，技术团队提出了将需进行修理的蓄热室上部隔墙拆除，从上往下，更换若干层格子砖；下部隔墙和格子砖维持原状的维修方案。修理后的蓄热室将变成高向上“半分格”蓄热室，这种蓄热室结构在国内外尚无先例，难以直接实施。同时，高向上“半分格”蓄热室内气流的分布是否与原蓄热室气流分配情况一致，也难以直接测算。

技术实现思路

1、针对高向上“半分格”蓄热室结构对焦炉烟气流量分配影响的问题，提出了一种模拟蓄热室分格结构对焦炉烟气流量分配影响的方法。进行蓄热室数值模拟的主要目的是为了说明蓄热室上部格子砖不分格的情况下，气流也能均匀分配。数值计算方法是我们解决蓄热室流动过程等复杂问题的强有力工具，一旦建立了与实际问题相符的数学模型，数值计算就能发挥巨大的作用。它成本低，速度快，所获资料完备，具有模拟真实条件和理想条件的能力，与理论分析和实验研究相互补充，相得益彰。如今，把实验测定、理论分析和数值模拟有机而协调地结合起来，是研究蓄热室孔道流动问题理想而有效的手段。

2、本发明的技术方案为：

3、一种模拟蓄热室分格结构对焦炉烟气流量分配影响的方法，在正常焦炉的尺寸和流动状态的基础上，保持受热面积和流通面积以及格子砖的容积不变的情况下，改变孔道的数量，仿真实际需要运行时的基本情况，模拟蓄热室和蓄热室孔道的流动状态是否符合正常流动情况；具体步骤包括：

4、步骤1)：根据焦炉流量入口模拟计算的入口压力为依据，在正常焦炉的尺寸和流动状态的基础上，保持受热面积和流通面积以及格子砖的容积不变的情况下调节孔道入口、出口压力大小模拟运行时的焦炉蓄热室的环境数值；

5、步骤2)：根据焦炉蓄热室的设计图纸，确定尺寸参数；

6、步骤3)：基于焦炉蓄热室的尺寸参数，利用ansys仿真软件建立焦炉蓄热室的等尺寸实体模型；

7、步骤4)：用网格分析软件对步骤3)得到的等尺寸实体模型划分网格，经过网格无关化检验，确定适合的网格数量，并给予边界命名，入口条件设为质量流量入口，出口条件设为压力出口；

8、步骤5)：将步骤4)得到的网格导入fluent软件中，利用模型来计算焦炉蓄热室孔道内的出入口流量分配图。

9、优选的，所述步骤2)中包含多个孔道不同模型的蓄热室对比。

10、优选的，所述步骤2)中包含简化的蓄热室尺寸及其出口尺寸。

11、优选的，所述步骤4)中对等尺寸实体模型划分网格时，流动区域以结构化六面体网格为主，入口和出口及其相邻处以四面体非结构化网格为主，经过网格无关化检验，确定适合的网格数量。

12、优选的，所述步骤5)中计算所利用的模型为湍流模型。

13、优选的，所述湍流模型为标准k～ε模型。

14、进一步的，根据探究的焦炉蓄热室内的实际情况设置求解器控制参数，包括求解格式、离散格式、物理时间尺度、亚松弛因子、收敛条件并且需要激活监视器监视内部流线图以及出口结果；初始化流场并设置迭代计算步长，计算后得到烟气流量分配情况，后处理过程包括创建孔道切面。

15、进一步的，流程中涉及的方程如下：

16、连续方程如下式(1)：

17、

18、式(1)中，ρ表示流体密度(kg/m3)，t表示时间；ui表示i方向上的流体速度(m/s)，xi表示流体的第i个位置(i＝1、2、3)；

19、动量方程如下式(2)：

20、

21、式(2)中，p表示压强(pa)，μ表示粘性系数(pa·s)，uj表示j方向上的流体速度(m/s)；xj表示流体的第j个位置方向(j＝1、2、3)；

22、能量方程如下式(3)：

23、

24、式(3)中，h表示焓(j/kg)，λ表示导热系数(w·m-1·k-1)，cp表示比热容(j·kg-1·k-1)；

25、标准k-ε模型如下式(4)、(5)：

26、

27、

28、式(4)、(5)中，k表示湍流动能(m2/s)，cμ表示经验常数，ε表示湍流动能耗散率(m2/s)，σk＝1.0，gk表示由层流速度梯度而产生的湍动能(kg·m-1·s-1)，gb表示由浮力产生的湍动能(kg·m-1·s-1)，ym表示可压缩湍流中过渡扩散产生的波动(kg·m-1·s-3)，c1ε、c2ε、c3ε是常量，c1ε＝1.44，c2ε＝1.92，c3ε＝0.09，σε＝1.3。

29、本发明的有益效果在于：

30、本发明说明了蓄热室分格结构对焦炉烟气流量分配影响，其基本思路是：根据焦炉流量入口模拟计算的入口压力为依据，调节孔道入口、压力大小模拟运行时的焦炉蓄热室的压力场、速度场等；简化蓄热室及其出口模型，模拟蓄热室和蓄热室孔道的流动状态是否符合正常流动情况。

31、本发明利用fluent数值仿真软件，建立蓄热室的三维模型，模拟其内部流动、传质、传动过程。本发明模拟在蓄热室运作时候的压力、气体流速，为实际施工提供技术保障。本发明为焦炉蓄热室内气体流动的流量分配情况提供理论依据。

32、焦炉蓄热室庞大，流动过程十分复杂且不能中止，本发明提供的方法通过fluent软件模拟说明焦炉不同孔道相邻蓄热室在有无隔墙的情况下通入气体后流量分配的情况，为焦炉运行提供理论指导。

33、本发明在保证焦炉流动分布和压力分布等正常的前提下，基于jn-70型焦炉结构特点，利用数值仿真软件，建立焦炉蓄热室的三维模型，通过模拟其内部流动、传质、传动反应过程，拟通过研究蓄热室分格结构对焦炉烟气流量分配影响，对焦炉运行提供理论基础。

技术特征：

1.一种模拟蓄热室分格结构对焦炉烟气流量分配影响的方法，其特征在于，在正常焦炉的尺寸和流动状态的基础上，保持受热面积和流通面积以及格子砖的容积不变的情况下，改变孔道的数量，仿真实际需要运行时的基本情况，模拟蓄热室和蓄热室孔道的流动状态是否符合正常流动情况；具体步骤包括：

2.根据权利要求1所述的模拟蓄热室分格结构对焦炉烟气流量分配影响的方法，其特征在于，所述步骤2)中包含多个孔道不同模型的蓄热室对比。

3.根据权利要求1所述的模拟蓄热室分格结构对焦炉烟气流量分配影响的方法，其特征在于，所述步骤2)中包含简化的蓄热室尺寸及其出口尺寸。

4.根据权利要求1所述的模拟蓄热室分格结构对焦炉烟气流量分配影响的方法，其特征在于，所述步骤4)中对等尺寸实体模型划分网格时，流动区域以结构化六面体网格为主，入口和出口及其相邻处以四面体非结构化网格为主，经过网格无关化检验，确定适合的网格数量。

5.根据权利要求1所述的模拟蓄热室分格结构对焦炉烟气流量分配影响的方法，其特征在于，所述步骤5)中计算所利用的模型为湍流模型。

6.根据权利要求5所述的模拟蓄热室分格结构对焦炉烟气流量分配影响的方法，其特征在于，所述湍流模型为标准k～ε模型。

7.根据权利要求6所述的模拟蓄热室分格结构对焦炉烟气流量分配影响的方法，其特征在于，根据探究的焦炉蓄热室内的实际情况设置求解器控制参数，包括求解格式、离散格式、物理时间尺度、亚松弛因子、收敛条件并且需要激活监视器监视内部流线图以及出口结果；初始化流场并设置迭代计算步长，计算后得到烟气流量分配情况，后处理过程包括创建孔道切面。

8.根据权利要求7所述的模拟蓄热室分格结构对焦炉烟气流量分配影响的方法，其特征在于，流程中涉及的方程如下：

技术总结
本发明涉及一种模拟蓄热室分格结构对焦炉烟气流量分配影响的方法。在正常焦炉的尺寸和流动状态的基础上，保持受热面积和流通面积以及格子砖的容积不变的情况下，改变孔道的数量，仿真实际需要运行时的基本情况，模拟蓄热室和蓄热室孔道的流动状态是否符合正常流动情况；为了说明蓄热室上部格子砖不分格的情况下，气流也能均匀分配。利用Fluent数值仿真软件，建立蓄热室的三维模型，模拟其内部流动、传质、传动过程。本发明模拟在蓄热室运作时候的压力、气体流速，为实际施工提供技术保障。本发明为焦炉蓄热室内气体流动的流量分配情况提供理论依据。

技术研发人员：金双玲,马瑞泽,吴馨宜,乔嘉怡,吴德鹏,马昕旖,许慧珍,王晓瑞,张睿,金鸣林
受保护的技术使用者：上海应用技术大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4