ЖИДКОСТНЫЙ И ГАЗО-ЖИДКОСТНЫЙ МАССОПЕРЕНОС В СОСУДЕ ИНЖЕКТИРУЕМОМ ГАЗОМ
Перевод с английского: Романова Г.С.
Источник: Second International Conference on CFD in the Materials and Process Industries CSIRO, Melbourne, Australia, 6-8 Desember 1999
Краткий обзор.
Жидкий поток, распределение пузырьков и газо-жидкостный массоперенос в моде-лирующем сосуде с водой с инжектированием газом были проанализированы для выяснения эффекта турбулентности в металлургических реакциях в ковшах. Урав-нения непрерывности, уравнение Навье Стокса, k-e уравнение и уравнение распре-деления пузырьков в осесимметричной форме были решены численно. Рассчитаны усредненные по времени скорости жидкости и скорости флуктуации хорошо со-гласуются вершины с результатами измеренными с помощью Лазер – доплеровских измерений скорости. Рассчитанное локальное распределение газовых задержек также согласовуется с зарегистрированными результатами. Объемные коэффици-енты были рассчитаны в двух областях в сосуде, зона распространения пузырьков и свободная поверхность жидкости, базируется на модели вихревой ячейки, исполь-зуя вычисленные результаты e . Результаты были сравнены с наблюдениями для системы СО2 – вода, полученных в наших предыдущих исследованиях. Рассчитан-ные результаты дали обоснованную согласованность только для области распро-странения пузырьков. В случае с объемными коэффициентами на свободной по-верхности, вычисленные результаты были больше, чем измеренные. Причина этого расхождения была обсуждена, базируясь на колебаниях свободной поверхности.
Введение.
Газовая инжекция в расплавленной стали, играет важную роль в процессе произ-водства стали. Она реализует быстрое перемешивание расплавленного металла, расширение восстановленных реакций и удаление примесей. Чтобы разъяснить эти эффекты, явление расплавленного потока металла и массоперенос должно быть четко разъяснено. В недавнее время, ряд численных и физических моделей были применены для этих целей. Наиболее последние численные моделирования потоков жидкости при инжекции газом были выполнены с использованием k-e модели. Для выражения зоны распределения пузырьков (ЗPП), различные подходы были приме-нены, (1) одиночная фаза с переменной плотностью (Mazumdar и Guthrie, 1985 ; Castillejos и другие , 1989 ; Woo и другие, 1990; Kikuchi, 1993 ; и Zhu и другие, 1995) (2) распределенные пузырьки в неразрывной среде (модель Lagrangion – Eulerian), (Johansen и Boysan, 1986, 1988), (3) две фазы (модель Eulerian- Eulerian ) ( Sawada и Ohashi, 1987 ; egbusi и Szekely; 1990; Turkoglu и Farouk, 1991). Хотя фор-ма зоны распределения пузырьков должна быть заданна априорно в первой модели, кроме нашей модели (Kikuchi, 1993), это может быть предсказано теоретически в последних двух моделях.
По поводу модели массопереноса , Danckwerts? поверхностно восстанови-тельная модель (Danckwerts?, 1951) оказывается наиболее адекватно сопоставлена с другими моделями, такими как фильм модель или модели проникновения Higbie?s (Higbie, 1935), потому что она рассматривает случайное восстановление жидкой поверхности благодаря турбулентным вихрям. Однако, только несколько работ, выполненных до сих пор, которые применяют модель поверхностного восстанов-ления к анализу массопереноса в газовой инжекционной системе, принимая во внимание турбулентные характеристики (Taniguchi и другие, 1990).
Авторы провели разносторонние исследования жидкостного и газо-жидкостного массопереноса, в которых применялась модель распределения пу-зырьков (Taniguchi и другие, 1988). Эта модель принадлежит к однофазным моде-лям, скомбинированным с уравнениями распространения пузырьков для описанных распространений формы и плотности в зоне распределения пузырьков. Экспери-ментальные исследования также были выполнены с использованием системы СО2 – воды, и объемные коэффициенты для зоны распределения пузырьков и на свобод-ной поверхности были получены раздельно (Bessho и другие, 1985 и Taniguchi и другие, 1990). В представленном исследовании, эти коэффициенты были проанали-зированы на гибридной модели из нашей модели распространения пузырьков и модели вихревой ячейки, выведенных из модели обновленной поверхности.
Модель потока
Уравнения неразрывности, движения и распространения пузырьков, использован-ные в данном исследовании показаны следующим образом:
Обратная разностная схема была применена и последовательный метод установле-ния был использован для решения уравнений конечных разностей. Данный код был разработан авторами и был ограничен 2D осесимметричной системой, потому что функция потока была введена. Этот код был проверен предварительно для течений в круглой трубе.
Литература
- http://www.cfd.com.au/cfd_conf99/papers/033TANI.PDF Second International Conference on CFD in the Materials and Process Industries CSIRO, Melbourne, Australia, 6-8 Desember 1999
|