[发明专利]基于CFD-DEM耦合模型的高炉回旋区气固流动稳定性分析方法

权利要求书

1.一种基于CFD-DEM耦合模型的高炉回旋区气固流动稳定性分析方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤一：

利用三维建模软件建立回旋区几何模型，设定所述回旋区几何模型的尺寸参数，采用结构化方法对所述回旋区几何模型进行网格划分，并设定基本求解参数，所述基本求解参数至少包括：入口气体速度、气体密度、颗粒密度、颗粒直径、床层颗粒总保持数以及时间步长；

步骤二：

根据计算流体动力学的方法建立传输过程中的流体相控制方程，其中所述流体相控制方程包括连续性方程以及动量方程；

步骤三：

根据离散单元法建立固体相控制方程，其中所述固体相控制方程包括颗粒运动控制方程；

步骤四：

通过离散单元法生成预设数目的颗粒的初始床层，在回旋区上方以第一预设速率的排料速率排出颗粒，同时初始床层上方进料维持相同速率，以保证初始床层高度不变；根据离散单元法计算回旋区几何模型的网格中的孔隙率以及颗粒-流体相互作用力；

根据所述孔隙率以及所述颗粒-流体相互作用力，结合所述离散单元法以及所述计算流体动力学的方法，以确定下一时间步长的单个颗粒的位置以及速度信息，并按照上述步骤循环直至达到预设仿真时间以形成动态平衡的回旋区。

2.根据权利要求1所述的基于CFD-DEM耦合模型的高炉回旋区气固流动稳定性分析方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述回旋区几何模型的尺寸参数中，几何宽度为2.7m，高度为12m，厚度为0.12m。

3.根据权利要求1所述的基于CFD-DEM耦合模型的高炉回旋区气固流动稳定性分析方法，其特征在于，在所述步骤一中，采用结构化方法对所述回旋区几何模型进行网格划分，网格大小为2倍颗粒尺寸。

4.根据权利要求1所述的基于CFD-DEM耦合模型的高炉回旋区气固流动稳定性分析方法，其特征在于，所述基本求解参数中：入口气体速度为50～110m/s、气体密度1.2kg/m³、颗粒密度2500kg/m³、颗粒直径30mm、床层颗粒总保持数为40000以及时间步长5.53e-05。

5.根据权利要求1所述的基于CFD-DEM耦合模型的高炉回旋区气固流动稳定性分析方法，其特征在于，在所述步骤二中，所述连续性方程表示为：

其中，ρ_f为气体密度，ε_f为气体局部空隙率，u为气体表观速度。

6.根据权利要求5所述的基于CFD-DEM耦合模型的高炉回旋区气固流动稳定性分析方法，其特征在于，在所述步骤二中，所述动量方程表示为：

其中，p为气体压力，F_fp为单位体积内气体颗粒间相互作用力，g为重力加速度，τ为气相应力张量。

7.根据权利要求1所述的基于CFD-DEM耦合模型的高炉回旋区气固流动稳定性分析方法，其特征在于，在所述步骤三中，所述颗粒运动控制方程表示为：

其中，m_i为第i个颗粒质量；

v_i为第i个颗粒水平速度；

f_e，ij为第i个颗粒和第j个颗粒之间的弹性力；

f_d，ij为第i个颗粒和第j个颗粒之间的粘性阻尼力；

f_d，ij为第i个颗粒与流体之间的作用力；

m_ig为第i个颗粒的重力；

I_i为第i个颗粒转动惯量；

ω_i为第i个颗粒的旋转速度；

T_t，ij为第i个颗粒和第j个颗粒之间的切向力矩；

T_r，ij为第i个颗粒和第j个颗粒之间的滚动摩擦力矩。

8.根据权利要求1所述的基于CFD-DEM耦合模型的高炉回旋区气固流动稳定性分析方法，其特征在于，在所述步骤四之后，所述方法还包括：

选择不同的鼓风速度，以计算回旋区气固流动状态，其中所述鼓风速度包括70m/s、77.5m/s、80m/s以及95m/s。