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示踪剂对中间包rtd曲线影响的研究

示踪剂对中间包RTD曲线影响的研究

作者：丁长友东北大学

学位级别：硕士

中间包在冶金流程中相当于一个黑匣子式的反应器,冶金工作者通常使用rtd曲线来描述中间包内流动状态。获得与实际工况和中间包水模实验相吻合的rtd曲线对于精确描述中间包内流体的流动状态和溶质传输方式具有重要意义。在进行中间包水... 详细信息

中间包在冶金流程中相当于一个黑匣子式的反应器,冶金工作者通常使用rtd曲线来描述中间包内流动状态。获得与实际工况和中间包水模实验相吻合的rtd曲线对于精确描述中间包内流体的流动状态和溶质传输方式具有重要意义。在进行中间包水模型实验时,通常采用的示踪剂为饱和盐类溶液,比如饱和NaCl溶液、饱和KCl溶液。示踪剂采用脉冲加入的方式加入到中间包水模型中。饱和NaCl水溶液的密度为1194kg/m3,中间包内水的密度为996kg/m3,两者的密度相差16.6%。饱和KCl水溶液的密度为1115kg/m3,中间包内水的密度为996kg/m3,两者的密度相差10.7%。而研究人员在进行数值模拟时,通常将示踪剂的物性参数等于水的物性参数,即示踪剂与中间包内流体不存在密度差异。这种近似方式事实上是不严谨的,数学模型与水模型实验得到的结果往往自相矛盾。本文利用OpenFOAM开源软件耦合求解了连续性方程、基于Boussinesq近似含溶质浮力的动量方程、标准k-ε双方程和示踪剂对流扩散方程。分析了示踪剂密度对中间包rtd曲线的影响,并使用中间包水模型实验的方法对数值结果进行验证。在水模型改变示踪剂加入量、示踪剂浓度、入口流量等条件,讨论示踪剂参数对水模型实验结果稳定性及准确性的影响,所得结论如下:(1)推导了中间包示踪剂准数Tr的表达式,Tr=βglΔC/u2。(2)基于Boussinesq近似的示踪剂混合传输数学模型得到rtd曲线结果与水模型实验结果吻合情况良好,由rtd曲线计算得到的活塞区、死区、全混区体积分数误差均在7%以下。(3)在入口处的下降注流与出水口处,高速流体导致此处的Tr准数小于0.1。在这一区域内示踪剂溶质浮力的影响可以忽略。主流延伸方向区域的Tr准数大于0.1,应考虑示踪剂溶质浮力的影响。(4)由于受到与重力方向相同的溶质浮力的影响,主流股分成两股:一股直接流向出口;另一股沿着包底方向直接流向出口。此流场导致rtd曲线出现双峰。(5)由于KCl在水中的溶质浮力小于NaCl溶液,选取KCl溶液作为示踪剂计算得到的rtd曲线的峰值小于选取NaCl溶液作为示踪剂计算得到的rtd曲线结果。(6)rtd曲线达到峰值浓度存在一个浓度波动“平坦”的过渡期。当示踪剂加入量较大或采用高浓度示踪剂时,达到峰值浓度所需的时间明显延迟。随着中间包入口流量增大,rtd曲线向左偏离,且流量越大向左偏离的程度越大。(7)饱和NaCl溶液加入量为50ml、100ml、200ml、500ml、1000ml时,水模型实验时加入200ml饱和NaCl溶液得到活塞区和死区体积分数的准确性及稳定性最佳。(8)NaCl溶液加入量为200ml,NaCl溶液的质量分数为5%、10%、15%、20%、饱和状态时,水模型实验时加入饱和状态的NaCl溶液得到活塞区和死区体积分数的准确性及稳定性最佳。(9)饱和NaCl溶液加入量为200ml,中间包限流孔孔径为0.2399L/s、0.2932L/s、0.3740L/s、0.4333L/s、0.5265L/s时,水模型实验采用0.3740L/s的入口流量得到活塞区和死区体积分数的准确性及稳定性最佳。

关键词：中间包水模型示踪剂 Boussinesq近似溶质浮力 rtd曲线 OpenFOAM

Markov链模型的应用研究——颗粒rtd曲线测定分析

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天津化工 2002年第5期16卷 6-8页

作者：张金桥陈中湖北大学化学与材料学院湖北武汉430063 武汉化工学院化工系

为测定颗粒的停留时间分布曲线 ,本研究开发了一种具有时间间隔的采样装置 ,通过采出累积量来消除颗粒随机波动的影响 ,应用Markov链模型对喷射环管反应器进行分析 ,获得采样的最小采样时间间隔。

关键词： Markov链模型应用研究颗粒 rtd曲线测定停留时间分布喷射环管反应器

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基于rtd曲线连铸中间包优化设计数值模拟

武汉科技大学学报 2010年第4期33卷 343-346页

作者：毕学工李宏玉刘光明金焱武汉科技大学钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室湖北武汉430081 武汉钢铁(集团)公司炼钢总厂湖北武汉430083

为了优化连铸中间包内型,采用数值模拟方法计算钢液在连铸中间包内的停留时间分布(rtd),并通过rtd曲线分析了连铸中间包内挡坝高度和位置对其钢液流场的影响。结果表明,结构优化后的连铸中间包钢液流场趋于合理,死区体积分数由原始方案... 详细信息

为了优化连铸中间包内型,采用数值模拟方法计算钢液在连铸中间包内的停留时间分布(rtd),并通过rtd曲线分析了连铸中间包内挡坝高度和位置对其钢液流场的影响。结果表明,结构优化后的连铸中间包钢液流场趋于合理,死区体积分数由原始方案的17.62%降至13.29%,且钢液在连铸中间包内的停留时间变化不大。

关键词：中间包优化 rtd曲线数值模拟

基于rtd曲线优化八流中间包控流装置的研究

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工业加热 2016年第6期45卷 49-53页

作者：王明辉李京社唐海燕刘威杨树峰北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083

控流装置对钢液流动特性的影响较大,采用物理模拟结合数值模拟的方法对某钢厂八流中间包进行了挡墙优化,分析了不同挡墙方案中间包的rtd曲线并进行相关计算,根据计算结果选取较优方案。水模型实验和数值模拟结果表明,原型中间包加入控... 详细信息

控流装置对钢液流动特性的影响较大,采用物理模拟结合数值模拟的方法对某钢厂八流中间包进行了挡墙优化,分析了不同挡墙方案中间包的rtd曲线并进行相关计算,根据计算结果选取较优方案。水模型实验和数值模拟结果表明,原型中间包加入控流装置后流场趋于合理,钢液的停留时间比较一致。其中,V-2方案的死区体积分数小,各流一致性好,有利于均匀钢液的成分和温度,促进夹杂物上浮,综合效果好。

关键词：中间包控流装置物理模拟数值模拟 rtd曲线

应用Markov链研究颗粒rtd曲线的测定

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石化技术与应用 2003年第1期21卷 8-11页

作者：张金桥陈中湖北大学化学与材料学院湖北武汉430062 武汉化工学院化工系湖北武汉430074

Markov链模型是一种用于物理系统的随机过程方法 ,该研究在对喷射环管反应器进行分析的基础上 ,应用Markov链模型的状态向量与停留时间分布的关系 ,开发了一种具有时间间隔的采样装置 ,该装置通过采出累积量来消除颗粒随机运动的影响 ,... 详细信息

Markov链模型是一种用于物理系统的随机过程方法 ,该研究在对喷射环管反应器进行分析的基础上 ,应用Markov链模型的状态向量与停留时间分布的关系 ,开发了一种具有时间间隔的采样装置 ,该装置通过采出累积量来消除颗粒随机运动的影响 ,并应用Markov链模型的分析 ,获得采样的最小采样时间间隔 ,成功地测定了颗粒的rtd曲线。

关键词：应用 Markov链研究模型颗粒 rtd曲线测定停留时间分布喷射环管反应器累积

多流连铸中间包停留时间分布曲线总体分析方法

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金属学报 2010年第9期46卷 1109-1114页

作者：雷洪赵岩鲍家琳刘承军陈海耿赫冀成东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室沈阳110819 东北大学材料与冶金学院沈阳110819

提出了一种研究多流中间包钢液流动特性的分析方法.首先,利用多流中间包各流的实验数据得到多流中间包的总体停留时间分布(rtd)曲线;其次,采用经典的分析模型研究多流中间包的总体rtd曲线;最后,以平均停留时间作为关键参数来评估多流中... 详细信息

提出了一种研究多流中间包钢液流动特性的分析方法.首先,利用多流中间包各流的实验数据得到多流中间包的总体停留时间分布(rtd)曲线;其次,采用经典的分析模型研究多流中间包的总体rtd曲线;最后,以平均停留时间作为关键参数来评估多流中间包各流钢液流动特性的一致性.此方法的优点在于避免了负死区体积的出现,并且死区体积分率大小符合物理事实.

关键词：连铸多流中间包总体停留时间分布(rtd) 流动特性 rtd曲线

溶胀对中空纤维膜萃取器中的流动和传质性能的影响

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高校化学工程学报 2002年第4期16卷 366-372页

作者：陈飞王玉军骆广生戴猷元清华大学化学工程系萃取分离国家重点实验室北京100084

溶胀是中空纤维膜萃取工业化必须要解决的关键问题之一。本文通过拍摄电镜照片,观察了溶胀前后中空纤维膜表面形态、孔隙率、膜孔径、膜孔道弯曲状况等微观结构的变化。结果表明, 溶胀会使中空纤维膜孔隙率减小,膜孔径变小,弯曲因子增... 详细信息

溶胀是中空纤维膜萃取工业化必须要解决的关键问题之一。本文通过拍摄电镜照片,观察了溶胀前后中空纤维膜表面形态、孔隙率、膜孔径、膜孔道弯曲状况等微观结构的变化。结果表明, 溶胀会使中空纤维膜孔隙率减小,膜孔径变小,弯曲因子增大。通过测量发现,溶胀后膜长度增加,而膜的内外径、膜厚基本不变。本文还研究了溶胀时间对中空纤维膜器中的流动及传质效果的影响,通过测量聚丙烯和聚砜中空纤维膜器管程和壳程的停留时间分布曲线表明,对于装填密度较高的膜器,溶胀时间对壳程和管程中的流动状况的影响可以忽略。此外, 本文以正辛醇-苯胺-水为实验体系,在中空纤维膜器中进行了循环逆流传质实验。实验证明,由于溶胀使纤维膜阻增加,膜器的传质性能随时间的增加而下降。

关键词：萃取器传质性能溶胀中空纤维膜 rtd曲线流动性能膜萃取

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侧壁式感应加热中间包磁/热/流耦合模拟

东北大学学报（自然科学版） 2017年第7期38卷 966-971页

作者：李阳李亮陈圆圆邓安元东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室辽宁沈阳110819 东北大学冶金学院辽宁沈阳110819

提出一种新的中间包感应加热方式,建立了三种线圈模型,模拟研究了三种线圈模型的电磁力分布及其对中间包内流场和温度场的影响,并结合rtd曲线评估了最佳线圈模型和加热功率.结果表明:感应线圈向端部移动有利于改善浇注区远端钢液流动形... 详细信息

提出一种新的中间包感应加热方式,建立了三种线圈模型,模拟研究了三种线圈模型的电磁力分布及其对中间包内流场和温度场的影响,并结合rtd曲线评估了最佳线圈模型和加热功率.结果表明:感应线圈向端部移动有利于改善浇注区远端钢液流动形态及温度分布;相同加热功率条件下,U形感应加热线圈优于E形感应加热线圈,且相较于双侧对称分布U形线圈,单侧U形线圈的热效率更佳,冶金效果更好;提高感应加热功率有利于改善钢液的流动和提高铸坯的质量;对于四流中间包,加热功率为800~1 000 kW时,可达到均温补热的效果.

关键词：感应加热中间包电磁场流场温度场 rtd曲线

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非对称两流中间包内流体流动的对称化

东北大学学报（自然科学版） 2013年第11期34卷 1589-1592页

作者：雷洪毕乾罗智恒赵岩东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室辽宁沈阳110819 东北大学材料与冶金学院辽宁沈阳110819

采用数值模拟和水模型实验相结合的方法研究了不同控流方案下非对称两流中间包内流体流动行为,并将优化方案进行了工业实验.实验结果表明:采用经典组合方法计算各流的死区时,出现负死区现象,因此采用平均停留时间作为评价参数;原方案中... 详细信息

采用数值模拟和水模型实验相结合的方法研究了不同控流方案下非对称两流中间包内流体流动行为,并将优化方案进行了工业实验.实验结果表明:采用经典组合方法计算各流的死区时,出现负死区现象,因此采用平均停留时间作为评价参数;原方案中靠近长水口侧出口的平均停留时间为194 s,水口两流之间的平均停留时间之差为97 s,两流之间钢液温度差为5℃.利用非对称长方形湍流控制器可以实现钢液在湍流控制器出口处流量的非对称分布.采用非对称长方形湍流控制器和多孔挡墙后,近长水口侧出口的平均停留时间为211 s,水口两流之间的平均停留时间之差为34 s,两流之间钢液温度差为3℃.

关键词：非对称中间包准对称化非对称湍流控制器 rtd曲线平均停留时间