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申请/专利权人：中南大学;湖南华菱湘潭钢铁有限公司

摘要：本申请提供了一种烧结过程中焦炭燃烧的传热过程模拟方法及系统，包括以下步骤：步骤一：等比例建立二维烧结杯几何模型进行数值仿真；步骤二：基于烧结实验中的参数分析，对数值仿真计算进行简化，并对烧结杯几何模型进行边界设定和网格划分；步骤三：将划分出的质量网格导入仿真模拟系统，设定仿真模拟系统的计算模型；步骤四：将对应模拟的烧结过程中焦炭燃烧的参数导入仿真模拟系统中；步骤五：运行仿真模拟系统，得到待求解的温度变化数据，分析气固传热温差对料层温度和焦炭燃烧速率的影响。本申请通过建立烧结过程仿真模拟系统，对焦炭燃烧的传热过程进行了仿真模拟，对钢铁生产流程的节能降碳具有重要意义。

主权项：1.一种烧结过程中焦炭燃烧的传热过程模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：等比例建立二维烧结杯几何模型进行数值仿真；步骤二：基于烧结实验中的参数分析，对数值仿真计算进行简化，并对烧结杯几何模型进行边界设定和网格划分；步骤三：将划分出的质量网格导入仿真模拟系统，设定仿真模拟系统的计算模型，所述计算模型包括气固热平衡模型、气固非热平衡模型、多孔介质模型、辐射传热模型、等粒度收缩核模型，公式如下：气固热平衡模型：气固热平衡能量守恒方程： 气固非热平衡模型：气固非热平衡能量守恒方程分为气态非热平衡能量守恒方程和固态非热平衡能量守恒方程，具体公式如下：气态非热平衡能量守恒方程： 固态非热平衡能量守恒方程： 其中：Ts为固相温度，K；Tg：气相温度，K；ρs：固相密度，kgm3；ρg：气相密度，kgm3；cp,s：固相定压比热容，Jkg*K；cp,g：气相定压比热容，Jkg*K；λs：固相综合导热率，Wm*K；λg：气相有效导热系数；Prt：湍流普朗特数；物化反应热量源项，Wm3；ΔHk：反应k的化学反应热，Jkg；As：对流换热比表面积，m2m3；hconv：气固对流换热系数，Wm2*K；ε：料层孔隙率；ug,j：气相在j方向的流速；xj：笛卡尔坐标系j方向上的位移，m；μg,t：涡流黏度，又称表观湍流黏度，Pa*s；Rk：反应k的化学反应速率，molm3*s；qrad：辐射传热量，Wm3；t：反应时间，s；辐射传热模型：点火器内壁与料层表面的辐射换热热源q1： 其中：AB：点火器内壁面积，m2；AL：点火器料层表面面积，m2；XB,L：点火器内壁面对料层表面的角系数；ε：料层表面发射率，取0.8；σ：Stefan-Bolzmann常数；TB：点火器内壁面温度，K；TL：料层表面温度，K；火焰对料层表面的辐射换热q2： 其中：εg：：火焰的黑度，取0.149；αg：火焰的烟气吸收比，取0.219；σ为Stefan-Bolzmann常数；Tg：气相温度，K；TL：料层表面温度，K；等粒度收缩核模型： 其中：Rc：反应速率；nc：铁矿石烧结床层中焦粉的颗粒数密度；κ：不完全燃烧系数；π：圆周率；ζ：焦炭颗粒的形状因子，即球形度；dp,c：反应过程中焦炭粒的当量粒径；kc：焦炭燃烧反应综合速率系数； 烧结床层中的O2浓度；步骤四：将对应模拟的烧结过程中焦炭燃烧的参数导入仿真模拟系统中；步骤五：运行仿真模拟系统，得到待求解的温度变化数据，分析气固传热温差对料层温度和焦炭燃烧速率的影响。

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