[发明专利]一种热态高炉模型的几何设计方法

权利要求书

1.一种热态高炉模型的几何设计方法，根据实际工业高炉的内型尺寸和鼓风参数，利用几何相似原理确定了高炉模型的几何尺寸，通过理论推导确定了以弗劳德数为无量纲准则的模化理论，并根据该准则数给出涉及模型鼓风温度、鼓风密度、颗粒直径、颗粒密度、风口截面风速、鼓风量的推演过程；模化过程中要保证模型内料层与气体的密度比与原型相应的密度比相等；根据上述确认的高炉模型参数包括几何尺寸，鼓风温度、鼓风密度、颗粒直径、颗粒密度、风口截面风速、鼓风量来构建实验室规模热态高炉模型本体，其中模型本体前壁面使用红外线透过率在94％以上的红外测温成像玻璃制作，其余壁面采用厚高硼硅玻璃制作。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高炉的内型尺寸包括炉缸直径、炉腰直径、炉喉直径、死铁层高度、炉缸高度、炉腹高度、炉腰高度、炉身高度、炉喉高度、炉腹角、炉身角、高径比、风口直径、风口数、铁口数、有效高度和风口高度。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热态高炉模型的几何尺寸是通过相似原理对某实际工业高炉进行1/30的缩小而确定的，则相应的速度比例尺为该模型仅取沿Y轴等于20mm的扁槽形。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模型鼓风温度是考虑当前实验条件，选取80℃模拟鼓风预热空气，所述模型鼓风密度是根据公式(10)确定的，所述模型颗粒密度是根据公式(11)确定的，所述模型颗粒直径是根据δ_l＝30:1确定的；

式中：ρ_gm表示模型中的热风密度，ρ’表示标况下空气密度，T’表示标况下空气温度，P’表示标况下空气压力，P_gm表示模型进口热风压力，T_gm表示模型进口热风温度，ρ_pm表示模型中颗粒密度，ρ_po表示原型中实际颗粒密度，ρ_go表示原型中实际热风密度。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热态高炉模型的鼓风参数包括模型空气温度、模型空气密度、单风口风速及鼓风量是以实际工业高炉的实际鼓风参数为参考，并根据公式(12)确定高炉截面风速v_go，根据公式(13)确定模型单风口截面风速v_gm，根据公式(14)确定模型单风口鼓风量Q_gm；

式中：v_go、Q_go、n、d_o、分别表示实际高炉截面风速、鼓风量、风口数、风口直径，T_gm表示模型进口热风温度，v_gm、Q_gm、d_m、δ_l分别表示模型单风口截面风速、风口鼓风量、风口直径和线性比例尺。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述红外测温成像玻璃的厚度为6mm。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高硼硅玻璃的厚度为6mm。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述热态高炉模型的进风口及后壁面一侧等距设置有多个压力及温度数据采集口，模型对称位置的左半侧安装有压力探针，模型对称位置的左半侧安装有热电偶。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热态高炉模型的构建过程中，采用热成像仪拍摄模型内颗粒的热成像变化过程以及温度场的热量分布，以及采用高速摄像机实时记录捕捉风口前缘回旋区的形成及演变过程。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热态高炉模型的风口为两侧正对横向进气，可同时研究正对风口不同气速下彼此的影响规律，以及进一步探究对热传递过程的影响特性。