第12章 组分输运和反应流介绍
流体的输运性质
触面上的内摩擦力； ——接触面面积； ——沿接触面的外法线方向的速度梯度； ——动力粘度系数（） 对于单位面积上的内摩擦力 （1.6） 式中——单位面积上的内摩擦力，称为切应
力。
影下长大的，你说你有没有躲在被窝里看书？”“没有，有也没有那么夸张
式（1.6）适合于流体作层状流动的情况； 式（1.5）和（1.6）中的系数称为动力粘度系数， 或简称粘度系数。
粘度系数的大小与流体的性质和温度有关。 气体的粘度系数随温度的增高而增大。液体的粘 度系数一般随温度升高而迅速减小。这是因为气
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体的粘性主要是由各层气体之间分子动量交换 的结果，而液体的粘性主要是来自于分子间的引 力。
流体的粘度系数随着压强的 以一般不考虑压强对粘度的影响。如果使用运动 粘度系数，由于它与密度有关，所以考虑压缩性 影响时，与压强密切相关。因此在气体动力学中， 使用更多的是动力粘度系数
力）来阻碍两气体层作相对运动。即流体质点具 有抵抗其质点作相对运动的性质，就称为流体的 粘性。流体的粘性只有在运动流体层之间发生相 对运动时才表现出来。粘性阻力产生的物理原因 是由于存在分子不规则运动的动量交换和分子 间的吸引力引起的。流体的粘性现象即是动量输 运的结果。我们以下面的例子来说明流体粘性产 生的物理原因。
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中，由于自身的密度差所引起的扩散称为自扩 散。对于两种组分的混合介质，由于各组分的各 自密度差另一组分中所引起的扩散交互扩散。工 程问题中，互扩散较自扩散更为重要。
当流体分子进行动量、能量（热能）交换且 伴随有质量的交换时，质量输运的机理与动量、 热能输运的机理完全相同。对于由双组分 A、B 所组成的混合物系统，各组分均由其各自的高密 度区向低密度区扩散。假设仅考虑组分 A 在组分
(完整版)《FLUENT中文手册(简化版)》
FLUENT中文手册（简化版）本手册介绍FLUENT的使用方法，并附带了相关的算例。
下面是本教程各部分各章节的简略概括。
第一部分：☐开始使用：描述了FLUENT的计算能力以及它与其它程序的接口。
介绍了如何对具体的应用选择适当的解形式，并且概述了问题解决的大致步骤。
在本章中给出了一个简单的算例。
☐使用界面：描述用户界面、文本界面以及在线帮助的使用方法，还有远程处理与批处理的一些方法。
☐读写文件：描述了FLUENT可以读写的文件以及硬拷贝文件。
☐单位系统：描述了如何使用FLUENT所提供的标准与自定义单位系统。
☐使用网格：描述了各种计算网格来源，并解释了如何获取关于网格的诊断信息，以及通过尺度化（scale）、分区（partition）等方法对网格的修改。
还描述了非一致（nonconformal）网格的使用.☐边界条件：描述了FLUENT所提供的各种类型边界条件和源项，如何使用它们，如何定义它们等☐物理特性：描述了如何定义流体的物理特性与方程。
FLUENT采用这些信息来处理你的输入信息。
第二部分：☐基本物理模型：描述了计算流动和传热所用的物理模型（包括自然对流、周期流、热传导、swirling、旋转流、可压流、无粘流以及时间相关流）及其使用方法，还有自定义标量的信息。
☐湍流模型：描述了FLUENT的湍流模型以及使用条件。
☐辐射模型：描述了FLUENT的热辐射模型以及使用条件。
☐化学组分输运和反应流：描述了化学组分输运和反应流的模型及其使用方法，并详细叙述了prePDF 的使用方法。
☐污染形成模型：描述了NOx和烟尘的形成的模型，以及这些模型的使用方法。
第三部分：☐相变模拟：描述了FLUENT的相变模型及其使用方法。
☐离散相变模型：描述了FLUENT的离散相变模型及其使用方法。
☐多相流模型：描述了FLUENT的多相流模型及其使用方法。
☐移动坐标系下的流动：描述单一旋转坐标系、多重移动坐标系、以及滑动网格的使用方法。
FLUENT中组分输运及化学反应(燃烧)模拟
©燃烧
计算流体与传热传质
热科学与能源工程系 2003年10月
燃烧模拟
广泛应用与均相和非均相燃 烧过程模拟
燃烧炉 锅炉 加热器 燃气轮机 火箭发动机 流场流动特性及其混合特 性 温度场 组分浓度场 颗粒和污染物排放
Temperature in a gas furnace
求解内容
缺点:
©燃烧
计算流体与传热传质
热科学与能源工程系 2003年10月
守恒标量 (混合物分数) 模型: PDF 模型
只适应用于非预混 (扩散) 火焰燃烧 假定化学反应过程受混合速率控制
满足局部化学平衡. 控制体（计算单元）组分、物性决定于燃料和氧化剂在该处的混合程 度. 用化学平衡计算来处理化学反应 (prePDF).
i i ( f , c ) Pf ( f ) Pc ( c )dc df
00
只适合绝热系统（FLUENT V5） Import strained flame calculations
prePDF or Sandia’s OPPDIF code
Single or multiple flamelets
f=1 f=0 f=1
©燃烧
计算流体与传热传质
热科学与能源工程系 2003年10月
系统化学平衡假设
化学反应很快到达平衡. 可以考虑中间组分.
©燃烧
计算流体与传热传质
热科学与能源工程系 2003年10月
PDF 模拟Turbulence-Chemistry相互作用
Fluctuating mixture fraction is completely defined by its probability density function (PDF).
利用fluent组分输运模型模拟锅炉混煤燃烧过程
利⽤fluent组分输运模型模拟锅炉混煤燃烧过程fluent组分输运模拟混煤燃烧之前⽤组分输运做过⼀些混煤燃烧的⼯作，因为⾃⼰⼀开始接触组分输运的时候也遇到很多困难，⽤组分输运做混煤模拟更是⼀⽆所知，后来在之前课题组基础上，加上⾃⼰的摸索，对⽤组分输运做混煤模拟的套路⼤概了解了，所以就把这个“套路”总结了⼀下写了出来，希望可以帮到有需要的朋友。
当然，下⾯的内容更多的是做混煤模拟的⼀个过程的描述，具体⾥⾯的有些参数的设置我也不是太懂，尤其是⼀些涉及到化学反应的参数，所以这篇⽂章只是告诉⼤家设置的“套路”，具体的参数还是要⼤家查阅相关⽂献或书籍。
另外⼤家也没必要死搬硬套我这个套路，我这篇⽂章只是希望能给想做混煤模拟的朋友⼀些启发，⼤家应当在我这个⽂章的基础上多去琢磨，搞清楚每⼀步的设置都是在做什么，这样⾃⼰遇到⼀些我⽂中没有提到的问题时也能⾃⼰解决。
⽂中若有什么错误或未描述清楚的地⽅，欢迎互相交流。
1.打开species⾯板，选择species transport（组分输运），Reactions勾选上Volumetric，表⽰组分输运在某体积内有化学反应，Turbulence-Chemistry Interaction点选Finite-Rate/Eddy-Dissipation，表⽰化学反应是有限反应速率的，反应速率受化学反应本⾝与湍流混合⼆者共同控制。
2.点Finite-Rate/Eddy-Dissipation后，下⾯会出现coal calculator，⽤于对煤的反应进⾏计算，点coal calculator，弹出如下界⾯，根据煤质分析结果，填⼊相应数据，这⾥假设有两种煤，⼀种中等挥发份，取名为coal-mv，⼀种为⾼挥发份，取名为coal-hv，相应结果如下图。
3.点完Apply后点OK，会弹出如下界⾯。
4.这样coal-hv就设置好了，然后继续点coal-calculator，以同样的⽅法设置coal-mv。
FLUENT中文全教程
FLUEN教程赵玉新I、目录第一章、开始第二章、操作界面第三章、文件的读写第四章、单位系统第五章、读入和操作网格第六章、边界条件第七章、物理特性第八章、基本物理模型第九章、湍流模型第十章、辐射模型第十一章、化学输运与反应流第十二章、污染形成模型第十三章、相变模拟第十四章、多相流模型第十五章、动坐标系下的流动第十六章、解算器的使用第十七章、网格适应第十八章、数据显示与报告界面的产生第十九章、图形与可视化第二十章、Alphanumeric Reporting 第二十一章、流场函数定义第二十二章、并行处理第二十三章、自定义函数第二十四章、参考向导第二十五章、索引( Bibliograp)hy 第二十六章、命令索引II、如何使用该教程概述本教程主要介绍了FLUEN的使用，其中附带了相关的算例，从而能够使每一位使用者在学习的同时积累相关的经验。
本教程大致分以下四个部分：第一部分包括介绍信息、用户界面信息、文件输入输出、单位系统、网格、边界条件以及物理特性。
第二和第三部分包含物理模型，解以及网格适应的信息。
第四部分包括界面的生成、后处理、图形报告、并行处理、自定义函数以及FLUEN所使用的流场函数与变量的定义。
下面是各章的简略概括第一部分：z 开始使用：本章描述了FLUEN的计算能力以及它与其它程序的接口。
介绍了如何对具体的应用选择适当的解形式，并且概述了问题解决的大致步骤。
在本章中，我们给出了一个可以在你自己计算机上运行的简单的算例。
z 使用界面：本章描述了用户界面、文本界面以及在线帮助的使用方法。
同时也提供了远程处理与批处理的一些方法。
（请参考关于特定的文本界面命令的在线帮助）z 读写文件：本章描述了FLUENT以读写的文件以及硬拷贝文件。
z单位系统：本章描述了如何使用FLUENTS提供的标准与自定义单位系统。
z 读和操纵网格：本章描述了各种各样的计算网格来源，并解释了如何获取关于网格的诊断信息，以及通过尺度化（scale、分区（partition等方法对网格的修改。
fluent基本物理模型介绍
f l u e n t基本物理模型介绍-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN基本物理模型本章介绍了FLUENT 所提供的基本物理模型以及相关的定义和使用。
基本物理模型概述FLUENT 提供了从不可压到可压、层流、湍流等很大范围模拟能力。
在FLUENT 中,输运现象的数学模型与所模拟的几何图形的复杂情况是结合在一起的。
FLUENT 应用的例子包括层流非牛顿流的模拟，涡轮机和汽车引擎的湍流热传导，锅炉内煤炭粉碎机的燃烧，可压射流，空气动力外流，以及固体火箭发动机的可压化学反应流。
为了与工业应用相结合，FLUENT 提供了很多有用的功能。
如多孔介质，块参数（风扇和热交换），周期性流动和热传导，涡流，以及移动坐标系模型。
移动参考系模型可以模拟单一或者多个参考系。
FLUENT 还提供了时间精度滑动网格方法以及计算时间平均流动流场的混合平面模型，滑动网格方法在模拟涡轮机多重过程中很有用。
FLUENT 中另一个很有用的模型是离散相模型，这个模型何以用于分析喷雾和粒子流。
，多项流模型可以用于预测射流的破散以及大坝塌陷之后流体的运动，气穴现象，沉淀和分离。
湍流模型是FLUENT 中很重要的一部分，湍流会影响到其它的物理现象如浮力和可压缩性。
湍流模型提供了很大的应用范围，而不需要对特定的应用做出适当的调节，而且它涵括了其它物理现象的影响，如浮力和可压缩性。
通过使用扩展壁面函数和区域模型，它可以对近壁面的精度问题有很好的考虑。
各种热传导模式可以被模拟，其中包括具有或不具有其它复杂性如变化热传导的，多孔介质的自然的、受迫的以及混合的对流。
模拟相应介质的辐射模型及子模型的设定通常可以将燃烧的复杂性考虑进来。
FLUENT 一个最强大的功能就是它可以通过耗散模型或者和概率密度函数模型来模拟燃烧现象。
对于燃烧应用十分有用的其它模型也可以在FLUENT 中使用，其中包括碳和液滴的燃烧以及污染形成模型。
转底炉内冶金粉尘还原过程数值模拟
第２０卷第２期材 料 与 冶 金 学 报Ｖｏｌ ２０Ｎｏ ２ 收稿日期：２０２１ ０１ ０８． 基金项目：国家重点研发计划项目（２０１７ＹＦＢ０３０４０００）． 作者简介：郑占一（１９９５—），男，硕士研究生，Ｅ ｍａｉｌ：ｚｈｅｎｇｚｙ＠ｓｔｕｍａｉｌ ｎｅｕ ｅｄｕ ｃｎ． 通讯作者：齐凤升（１９８０─），男，副教授，Ｅ ｍａｉｌ：ｑｉｆｓ＠ｍａｉｌ ｎｅｕ ｅｄｕ ｃｎ．２０２１年６月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＭｅｔａｌｌｕｒｇｙＪｕｎｅ２０２１ｄｏｉ：１０ １４１８６／ｊ ｃｎｋｉ １６７１－６６２０ ２０２１ ０２ ００２转底炉内冶金粉尘还原过程数值模拟郑占一，齐凤升，刘中秋，李宝宽（东北大学冶金学院，沈阳１１０８１９）摘 要：基于计算流体力学方法并以收缩核模型为基础建立了转底炉内燃烧、烟气流动、气体与冶金粉尘球团传热传质及冶金粉尘球团化学反应的全耦合数学模型，计算了中径３６ｍ的转底炉内流场、温度场及冶金粉尘球团内铁氧化物的还原反应，重点分析了球团内部各种铁氧化物浓度及球团的金属化率．采用文献中球团在高温硅钼炉内进行的还原实验验证了模型的可靠性．结果表明，在本文工况下，经过一个工作周期（２５ｍｉｎ），炉膛内烟气流速随流动方向逐渐增大，转底炉中径处球团温度为１４１６ ７Ｋ，铁的浓度由３４７７ ５０ｍｏｌ／ｍ３增长至９７１９ ９４ｍｏｌ／ｍ３，冶金粉尘球团的金属化率最高可达９０ ８５％，平均金属化率为８１ ４２％．关键词：转底炉；冶金粉尘球团；收缩核模型；直接还原；金属化率中图分类号：ＴＦ０６２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１ ６６２０（２０２１）０２ ００８５ ０７ＮｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌｄｕｓｔｒｅｄｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｉｎｒｏｔａｒｙｈｅａｒｔｈｆｕｒｎａｃｅＺｈｅｎｇＺｈａｎｙｉ，ＱｉＦｅｎｇｓｈｅｎｇ，ＬｉｕＺｈｏｎｇｑｉｕ，ＬｉＢａｏｋｕａｎ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｔａｌｌｕｒｇｙ，ＮｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１０８１９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｆｕｌｌｙｃｏｕｐｌｅｄｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ，ｇａｓｆｌｏｗ，ｈｅａｔａｎｄｍａｓｓｔｒａｎｓｆｅｒ，ｃｈｅｍｉｃａｌｒｅａｃｔｉｏｎｉｎｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌｄｕｓｔｐｅｌｌｅｔｓｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂａｓｅｄｏｎｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｆｌｕｉｄｄｙｎａｍｉｃｓｍｅｔｈｏｄａｎｄｓｈｒｉｎｋｉｎｇｃｏｒｅｍｏｄｅｌ．Ｔｈｅｆｌｏｗａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄ，ｒｅｄｕｃｔｉｏｎｒｅａｃｔｉｏｎｏｆｉｒｏｎｏｘｉｄｅｏｆａ３６ｍｒｏｔａｒｙｈｅａｒｔｈｆｕｒｎａｃｅｗｅｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙｔｈｉｓｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅ．Ｔｈｅｍｏｌａｒｉｔｙｏｆｉｒｏｎｏｘｉｄｅｓａｎｄｔｈｅｉｒｏｎｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｒａｔｅｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｐｅｌｌｅｔｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｒｅｄｕｃｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｉｎｔｈｅｌｉｔｅｒａｔｕｒｅｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｔｏｖｅｒｉｆｙｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌ．Ｄｕｒｉｎｇｏｎｅｗｏｒｋｉｎｇｃｙｃｌｅ（２５ｍｉｎ），ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔＴｈｅｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆｇａｓｉｎｔｈｅｆｕｒｎａｃｅｉｎｃｒｅａｓｅｄｇｒａｄｕａｌｌｙｗｉｔｈｔｈｅｆｌｏｗｄｉｒｅｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｔｈｅｐｅｌｌｅｔｓａｔｔｈｅｍｉｄｄｌｅｄｉａｍｅｔｅｒｏｆｔｈｅｒｏｔａｒｙｈｅｒａｔｈｆｕｒｎａｃｅｗａｓ１４１６ ７Ｋ，ａｎｄｔｈｅｉｒｏｎｍｏｌａｒｉｔｙｉｎｃｒｅａｓｅｓｆｒｏｍ３４７７ ５０ｍｏｌ／ｍ３ｔｏ９７１９ ９４ｍｏｌ／ｍ３，ｔｈｅｈｉｇｈｅｓｔｉｒｏｎｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｒａｔｅｏｆｔｈｅｐｅｌｌｅｔｓｗａｓ９０ ８５％，ａｎｄｔｈｅａｖｅｒａｇｅｉｒｏｎｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｒａｔｅｗａｓ８１ ４２％．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｏｔａｒｙｈｅａｒｔｈｆｕｒｎａｃｅ；ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌｄｕｓｔｐｅｌｌｅｔｓ；ｓｈｒｉｎｋｉｎｇｃｏｒｅｍｏｄｅｌ；ｄｉｒｅｃｔｒｅｄｕｃｔｉｏｎ；ｉｒｏｎｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｒａｔｅ 钢铁行业是我国经济的支柱性产业，其生产过程会产生大量的冶金粉尘，产生量约为粗钢产量的８％～１２％［１－２］．２０２０年我国钢铁行业粗钢产量为１０ ６５亿ｔ，冶金粉尘产量至少为８５１８万ｔ．钢铁企业冶金粉尘的含铁量（质量分数）一般在３０％～７０％［３－４］，还含有ＺｎＯ，Ｐｂ，ＫＣｌ，ＮａＣｌ等成分．转底炉十余年来从加热炉转变为冶炼设备，既可用于铁精矿的煤基直接还原，又可处理钢铁企业的冶金粉尘［５］，逐渐成为处理冶金粉尘的主要设备．转底炉还原冶金粉尘的工作过程涉及炉底球团直接还原、炉内烟气流动、传热传质、煤气燃烧等复杂过程，因此对转底炉工作过程的研究十分困难．一些学者进行了转底炉数学模型的研究，主要是转底炉热平衡计算和炉内状态模拟［６－７］及对转底炉的加热制度和加热设备的模拟计算［８－９］．刘颖等［１０－１１］以球团为研究对象，建立了转底炉还原冶金粉尘球团过程一维非稳态数学模型，研究了影响球团金属化率的主要因素，按重要程度排序依次为：炉膛温度＞球团直径＞反应时间＞碳氧比．Ｗｕ等［１２－１３］建立了转底炉直接还原过程的集成模型，将转底炉的三维ＣＦＤ模型与球团内部直接还原的一维模型进行迭代，描述金属氧化物的还原过程．Ｄａｓｇｕｐｔａ等［１４］在转底炉还原球团矿的数学模型中将单球团模型扩展为多层球团模型，给出了时间－温度和时间－温度－化学吸热等值线，以及多床层系统产生的净热流和一氧化碳产生量．这些对球团的研究模型能够反映球团内部组分的化学反应状况及浓度变化，但缺少球团化学反应与转底炉内部过程的耦合计算，不能反映球团在转底炉各个位置的状态．本文采用数值模拟方法建立了转底炉内燃烧与冶金粉尘球团中铁氧化物还原的全耦合数学模型，分析了冶金粉尘球团在随炉底转动过程中的温度变化，以及金属氧化物浓度、金属化率等参数．该数学模型解决了冶金粉尘球团运动与炉膛加热的传热传质问题，以及转底炉中的冶金粉尘球团中铁氧化物的还原问题，为转底炉工业应用提供理论指导．１ 数学模型１ １ 几何模型根据实际尺寸建立转底炉几何模型，如图１所示，转底炉中径为３６ｍ，炉宽５ ２７ｍ，炉高１ ６１５ｍ．烧嘴布置在距炉底０ ８０７５ｍ处，内侧布置烧嘴２６个，外侧布置烧嘴３８个，各区域角度及出口、入口如图１（ａ）所示．对计算区域进行网格划分，考虑计算量、计算速度和时间成本，经网格无关性验证，确定网格数量为１５０万个，炉膛上方燃烧区域为非结构网格，炉底料层区域为结构化网格，如图１（ｂ）所示．１ ２ 控制方程１ ２ １ 基本控制方程在转底炉工作中伴随着燃烧、传热传质及化学反应等过程，这些物理化学变化在转底炉工作过程中相互作用．转底炉内部烟气流动、传热传质及化学反应过程满足质量、动量及能量守恒．各个过程的守恒方程如下：连续性方程：ρｔ＋ ·（ρ珒ν）＝０（１）动量方程：ｔ（ρ珒ν）＋ ·（ρ珒ν 珒ν）＝!"#烧嘴还原一区还原四区还原二区还原二区均热区预热区布料排料区烟气出口物料出口物料入口烧嘴还原三区$%&' $%&'$%&''(&($)&(*(&( *+&'排烟区,-.图１ 转底炉几何模型及网格划分Ｆｉｇ １ ＧｅｏｍｅｔｒｉｃｍｏｄｅｌａｎｄｇｒｉｄｓｏｆＲＨＦ（ａ）—几何模型；（ｂ）—网格划分－ ｐ＋·μ 珒ν＋ 珒ν()Ｔ－２３ ·珒ν[]Ｉ（２）能量方程：ｔρ()Ｅ＋ ·珒νρＥ＋()[]ｐ＝ ·ｋｅｆｆ Ｔ－∑ｉｈｉ珒Ｊ()ｉ（３）式（１）～（３）中，ρ为密度，ｋｇ／ｍ３；ｔ为时间，ｓ；珒ν为速度矢量，ｍ／ｓ；ｐ为压力，Ｐａ；μ为黏度，Ｐａ·ｓ；Ｉ为单位张量；Ｅ为总能量，Ｊ／ｋｇ；Ｔ为温度，Ｋ；ｋｅｆｆ为有效传热系数，Ｗ／（ｍ·Ｋ）；ｈｉ为显焓，Ｊ／ｋｇ；Ｊｉ为扩散通量，ｋｇ／（ｍ３·ｓ）．１ ２ ２ 湍流模型对于转底炉内烟气的湍流流动，采用标准ｋ－ε模型．湍动能ｋ和耗散率ε的控制方程为：ｔρ()ｋ＋ ·ρｋ珒()ν＝·μ＋μｔσ()ｋ[]ｋ＋６８材料与冶金学报 第２０卷Ｇｋ＋Ｇｂ－ρε－ＹＭ（４）ｔ（ρε）＋ ·（ρε珒ν）＝·μ＋μｔσ()ε[]ｋ＋Ｃ１εεｋＧｋ－Ｃ２ερε２ｋ（５）式（４）～（５）中，ｋ为湍动能，ｍ２／ｓ２；μｔ为湍流黏度，Ｐａ·ｓ；ε表示湍动能耗散率；Ｇｋ表示速度梯度产生的湍动能，Ｊ／（ｍ３·ｓ）；Ｇｂ表示浮力产生的湍动能，Ｊ／（ｍ３·ｓ）；ＹＭ表示波动和扩张对总耗散率的影响；模型常数分别为Ｃ１ε＝１ ４４，Ｃ２ε＝１ ９２，σｋ＝１ ０，σε＝１ ３．１ ２ ３ 燃烧模型组分输运模型是通过求解混合物中各个组分的对流、扩散和反应确定的守恒方程，可以描述化学物质的混合和传输过程．本文使用组分输运模型模拟各组分的质量分数：ｔ（ρＹｉ）＋ ·（ρ珒νＹｉ）＝－ ·珒Ｊｉ＋Ｒｉ（６）燃烧模型采用基于涡耗散模型的湍流－化学相互作用模型，反应产物的净生成率由式（７）和式（８）计算结果的最小值表示：Ｒｉ，ｒ＝ｖ′ｉ，ｒｍｉＡρεｋｍｉｎｗＲｖ′Ｒ，ｒｍ()Ｒ（７）Ｒｉ，ｒ＝ｖ′ｉ，ｒｍｉＡＢρεｋ∑ＰｗＰ∑Ｎｊｖ″ｊ，ｒｍｊ（８）式（６）～（８）中，Ｙｉ为组分ｉ的质量分数；ｗＰ为生成物组分的质量分数；Ｒｉ为化学反应源项，ｋｇ／（ｍ３·ｓ）；Ａ和Ｂ为经验系数，Ａ＝４，Ｂ＝０ ５；ｖ′ｉ，ｒ为反应物的化学计量数；ｖ″ｊ，ｒ为生成物的化学计量数；ｍｉ为反应物ｉ的分子质量；ｍｊ为生成物ｊ的分子质量；ｗＲ为任一反应物的质量分数；ｍＲ为任一反应物的分子质量．１ ２ ４ 辐射模型离散坐标辐射模型求解范围涵盖整个光学深度，有较高的精确度，且适用于滑移网格的计算，可表示为：·（Ｉ（珒ｒ，珒ｓ）珒ｓ）＋（ａ＋σｓ）Ｉ（珒ｒ，珒ｓ）＝ａｎ２σＴ４π＋σｓ４π∫４π０Ｉ（珒ｒ，珒ｓ′）Φ（珒ｓ·珒ｓ′）ｄΩ′（９）式（９）中，珒ｒ为位置向量；珒ｓ为方向向量；珒ｓ′为散射方向矢量；ａ为吸收系数；ｎ为折射率；σｓ为散射系数；σ为Ｓｔｅｆａｎ Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ常数，５ ６７×１０－８Ｗ／（ｍ２·Ｋ４）；Ｉ为辐射强度，Ｗ／ｓｒ；Φ为相函数；Ω′为立体角，ｓｒ．１ ２ ５ 多孔介质模型转底炉炉底为一层冶金粉尘球团，料层空间被流体与固体混合物占据，并随着炉底转动．本研究将料层假设为一层多孔介质，用以描述流体在料层区域流动时产生的压降，同时将多孔介质区域的温度作为冶金粉尘球团反应前沿面温度．通过源项的方式实现化学反应过程中球团与炉内烟气的传热传质．多孔介质区域控制方程如下：动量方程：（γρｆ珒ν）ｔ＋ ·（γρｆ珒ν珒ν）＝－γ ｐ＋ ·（γτ）－μα珒ν＋Ｃ２１２ρ｜珒ν｜珒()ν（１０）能量方程：ｔγρｆＥｆ＋（１－γ）ρｓＥ[]ｓ＋ ·珒ν（ρｆＥｆ＋ｐ[]）＝ ·ｋｅｆｆ Ｔ－（∑ｉｈｉＪｉ）＋（τ·珒ν[]）＋∑ｊＲｊ·ΔＨｊ（１１）式（１０）～（１１）中，γ为多孔介质的孔隙率；ρｆ和ρｓ分别为流体和固体的密度，ｋｇ／ｍ３；Ｅｆ和Ｅｓ为流体与固体的能量，Ｊ／ｋｇ；Ｒｊ为化学反应速率，ｍｏｌ／（ｍ３·ｓ）；ΔＨｊ为化学反应焓变，Ｊ／ｍｏｌ．１ ２ ６ 收缩核模型对于冶金粉尘球团内部铁金属氧化物的还原，真正的还原剂为固体碳．固体碳直接还原铁氧化物可以看作铁氧化物的一氧化碳间接还原反应和碳气化反应的加和，铁氧化物的还原遵循Ｆｅ２Ｏ３→Ｆｅ３Ｏ４→ＦｅＯ→Ｆｅ的逐级还原规律．本文模型中考虑的化学反应如下：碳的气化反应：Ｃ＋ＣＯ２＝２ＣＯ铁氧化物的还原：３Ｆｅ２Ｏ３＋ＣＯ＝２Ｆｅ３Ｏ４＋ＣＯ２Ｆｅ３Ｏ４＋４ＣＯ＝３Ｆｅ＋４ＣＯ２，Ｔ＜８４３ＫＦｅ３Ｏ４＋ＣＯ＝３ＦｅＯ＋ＣＯ２，Ｔ＞８４３ＫＦｅＯ＋ＣＯ＝Ｆｅ＋ＣＯ２在生产中，将冶金粉尘球团布置在转底炉炉底，球团在炉底转动过程中接受烟气与炉壁的辐射热量，温度升高，然后在热力学条件允许时发生一系列的化学反应．本模型中使用收缩核模型描述球团内部进行的铁金属氧化物的还原反应，以７８第２期 郑占一等：转底炉内冶金粉尘还原过程数值模拟气固相反应动力学模型计算球团化学反应速率［１５］，通过自定义标量输运方程的形式与炉膛内的控制方程进行耦合求解，计算球团中各组分收缩核半径．控制方程为：ｍｊ ｔ＝－ｋ·π·ｄ２ｊ·Ｍｊ·Ｒｓ，ｊ可简化为：ｒｊｔ＝－ｋ·Ｍｊρｊ·Ｒｓ，ｊ（１２）式中，ｒｊ为各组分收缩核半径，ｍ；Ｍｊ为各组分摩尔质量，ｋｇ／ｍｏｌ；ρｊ为各组分密度，ｋｇ／ｍ３；Ｒｓ，ｊ为各化学反应界面反应速率，ｍｏｌ／（ｍ２·ｓ）．碳的气化反应速率为：Ｒｓ，Ｃ＝ｋＣｅ－ＥＣＲＴρＣ（ｐＣＯ２－ｐｅｑＣＯ２）（１３）铁氧化物还原反应速率为：Ｒｓ，ＦｅｘＯｙ＝ｋＦｅｘＯｙｅ－ＥＦｅｘＯｙＲＴρＦｅｘＯｙ（ｐＣＯ－ｐＦｅｘＯｙ，ｅｑＣＯ）（１４）式（１３）～（１４）中：Ｒｓ，Ｃ为碳气化反应速率，ｍｏｌ／（ｍ２·ｓ）；ｋＣ为碳气化反应指前因子，ｍｏｌ／（ｍ·ｋｇ·ｓ·Ｐａ）；ρＣ为碳的质量浓度，ｋｇ／ｍ３；ｐＣＯ２为反应体系中ＣＯ２分压，Ｐａ；ｐｅｑＣＯ２为碳气化反应达到平衡时ＣＯ２分压，Ｐａ；Ｒｓ，ＦｅｘＯｙ为各铁氧化物还原反应速率，ｍｏｌ／（ｍ２·ｓ）；ｋＦｅｘＯｙ为铁氧化物还原反应指前因子，ｍｏｌ／（ｍ·ｋｇ·ｓ·Ｐａ）；ρＦｅｘＯｙ为铁氧化物的质量浓度，ｋｇ／ｍ３；ｐＣＯ为反应体系中ＣＯ分压，Ｐａ；ｐＦｅｘＯｙ，ｅｑＣＯ为碳气化反应达到平衡时ＣＯ分压，Ｐａ；ＥＣ为碳气化反应表观活化能，Ｊ／ｍｏｌ；ＥＦｅｘＯｙ为铁氧化物还原反应表观活化能，Ｊ／ｍｏｌ；Ｒ为理想气体常数，８ ３１４Ｊ／（ｍｏｌ·Ｋ）．１ ３ 边界条件燃料和助燃气体入口为烧嘴出口，形状分别为圆形和与该圆同心的圆环．入口类型为速度入口，入口速度由气体流量折算．表１为流量２７０００ｍ３／ｈ、预热温度５２３Ｋ下的燃料成分．助燃空气流量为９５００ｍ３／ｈ，富氧用氧气流量为３０００ｍ３／ｈ，预热温度为７７３Ｋ．烟气出口类型为压力出口，转底炉各壁面为恒定温度，炉顶为１２０℃，炉墙及炉底为９０℃．多种冶金粉尘与黏结剂通过配比后混合，通过造球机制作成冶金粉尘球团．球团的主要成分如表２所示，本模型中将冶金粉尘球团假设为半径８ｍｍ的圆球团，球团进入转底炉前的温度为３１０Ｋ．通过滑移网格方法实现冶金粉尘球团随炉底在炉内的转动，转动速度为０ ００３５ｒａｄ／ｓ．表１燃料成分（体积分数）Ｔａｂｌｅ１ Ｆｕｅｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ（ｖｏｌｕｍｅｆｒａｃｔｉｏｎ）％ ＣＯＯ２ＣＯ２Ｈ２Ｎ２２３ ３５００ ８２９２９ １７５１ ４９７４５ １４９表２ 冶金粉尘球团主要成分（质量分数）Ｔａｂｌｅ２ Ｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐｅｌｌｅｔ（ｍａｓｓｆｒａｃｔｉｏｎ）％ ＴＦｅＦｅ２Ｏ３ＦｅＯＭＦｅＣａＯＭｇＯＣＺｎ其他４２ ８０２７ １２１２ ７３１３ ９１９ ０１１ ８０１２ ９５１ ９１２０ ５７２ 模型验证采用文献［１２］中的实验数据对模型进行验证，将４，１０，１６，２２ｍｉｎ时球团金属化率的模拟值与实验值进行对照．金属化率为转底炉还原冶金粉尘球团的一个主要的技术指标，其计算公式为：η＝ＭＦｅＴＦｅ×１００％（１５）表３为转底炉工作不同时间后球团金属化率的模拟和测量结果．由于初始阶段的球团成分不同，转底炉工作１０ｍｉｎ内球团金属化率模拟和测量结果相差较大．１０ｍｉｎ后模拟的转底炉状态接近实验状态，可用于模型验证．最终预测误差在７ ８２％以内（一般误差在１０％以内被认为准确性较好），验证了数学模型的可靠性．表３ 球团金属化率Ｔａｂｌｅ３ Ｉｒｏｎｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｒａｔｅｏｆｔｈｅｐｅｌｌｅｔｓｔ／ｍｉｎ实验值模拟值相对误差％４７ ２３２ １—１０３７ ９３５ ７－６ １６１６６３ ４５８ ８－７ ８２２２７７ ６８１ ５４ ７８８８材料与冶金学报 第２０卷３ 结果与讨论３ １ 转底炉内流场和温度场分布特征图２为转底炉运行一个周期（２５ｍｉｎ）后，炉膛烧嘴处（距炉底０ ８０７５ｍ）速度场矢量图．结果表明，燃气与助燃气体以恒定速度经烧嘴喷入炉膛内部，炉膛内烟气逆时针流向物料入口，烟气流速随流动方向逐渐增大，最后从烟气出口流出．图３为炉底冶金粉尘球团的温度分布图．温度为３１０Ｋ的冶金粉尘球团随着炉底的转动进入转底炉内．冶金粉尘球团顺时针运动接受烟气与炉壁的辐射热量，温度升高．在转底炉中径处球团升温最快，靠近转底炉内侧及外侧墙壁的球团则升温较缓．冶金粉尘球团在出口处被加热至１４１６ ７Ｋ，在出口处靠近内侧及外侧墙壁的球团温度则介于１２５０～１３００Ｋ之间．３ ２ 铁氧化物的还原图４为转底炉运行一个周期后冶金粉尘球团内部各种铁氧化物的收缩核半径云图，从中可以看出当冶金粉尘球团达到临界反应温度后，铁氧化物以Ｆｅ２Ｏ３→Ｆｅ３Ｏ４→ＦｅＯ的顺序逐级进行还原反应．图４（ａ）表明Ｆｅ２Ｏ３的收缩核半径在满足Ｆｅ２Ｏ３还原反应的条件后迅速减小，这是由于Ｆｅ２Ｏ３的还原反应所需的热力学和动力学条件较为简单，因此在转底炉中径处球团中Ｆｅ２Ｏ３的收缩核半径在４５０ｓ内减小至０．达到临界温度８４３Ｋ后，Ｆｅ３Ｏ４与ＦｅＯ均参与反应，收缩核半径开始减小．由于ＣＯ还原ＦｅＯ需要较高的热力学及动力学条件，从图４（ｂ）和（ｃ）中可以看出，Ｆｅ３Ｏ４的收缩核半径减小较快，ＦｅＯ的收缩核半径在还原过程中减小得较为缓慢，两者均未完全反应．!"#$%!&#%'!!#'($#$)*+%$'#'&"#$,&#&%!#''-./0图２ 转底炉烧嘴处速度矢量图Ｆｉｇ ２ ＶｅｌｏｃｉｔｙｖｅｃｔｏｒｄｉａｇｒａｍａｔｂｕｒｎｅｒｏｆＲＨＦ!"#"$%&'"((&%$)*+),-$.""&/-))""..-).".0*-1)/10-1.,$(-()&,1-(.&.)-0)$0$-*/)1&-*11$,-..(,/-.1(./-//图３ 转底炉内冶金粉尘球团温度分布ｇ ３ ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐｅｌｌｅｔｓｉｎＲＨＦ!"#""$""#""%&"#""'("#""')"#""*%"#""*+"#""&'"#""&""#"")&"#"",("#"",)"#""+%"#""++"#"""'"-./-01-21图４ 转底炉内铁氧化物收缩核半径Ｆｉｇ ４ ＲａｄｉｕｓｏｆｉｒｏｎｏｘｉｄｅｕｎｒｅａｃｔｅｄｃｏｒｅｉｎＲＨＦ（ａ）—Ｆｅ２Ｏ３；（ｂ）—Ｆｅ３Ｏ４；（ｃ）—ＦｅＯ ９８第２期 郑占一等：转底炉内冶金粉尘还原过程数值模拟 图５为冶金粉尘球团在转底炉工作一个周期后，球团内铁氧化物及铁的浓度云图．由图中可以看出，反应发生后Ｆｅ２Ｏ３的浓度减小，Ｆｅ的浓度在还原区域不断增大，而Ｆｅ３Ｏ４和ＦｅＯ在还原区域由于存在相互转化，所以浓度先上升后下降．同时，冶金粉尘球团温度分布的不均匀导致在转底炉径向上的铁氧化物的浓度分布不均匀．图６为转底炉运行一个周期后中径处的铁氧化物浓度变化曲线图．从图中可以看出，炉底在运动至距转底炉入口约６５°时，Ｆｅ２Ｏ３开始反应，运行至距入口１５０°时Ｆｅ２Ｏ３的反应基本完成，其浓度由２３７３ｍｏｌ／ｍ３减少到０．Ｆｅ３Ｏ４和ＦｅＯ的浓度是一个先升高后降低的过程，炉底运动至距入口约１４５°时Ｆｅ３Ｏ４的浓度升高至最大，为１０９２ １８ｍｏｌ／ｍ３．ＦｅＯ在距入口约１００°时开始富集增多，在距入口１８０°时浓度达到最大，为３９８１ ８０ｍｏｌ／ｍ３．转底炉中ＦｅＯ的浓度最大为４６１２ ９５ｍｏｌ／ｍ３，出现在靠近转底炉的侧壁处，这是由于在侧壁处的温度较低，ＦｅＯ的反应速率较小，造成ＦｅＯ的富集时间较长，富集量较大．!"#!$#%&#%'#()*)+,,((,)+-,(,).+,,/01.+-,/12-+,,/-(-+-,/)-1+,,//01+-,/,/*+,,0.*+-,1*0+,,-,0+-,))2+,,/12+-,,34563).1/(+2-.).2+.(.,0-+02)0((+)-)--0+0()(2-+(2),)/+*/(*10+()(-+.+12((./+/1/2**+1)/*/.+/,/.-,+-2//0*+,.2()+-,34563)2*()+022(**+*(00)/+--0)0-+)0*2)2+(/*.2)+,.*,.1+0*11,,+121/-.+-(-*,0+)--(1(+/0.0/1+,/.)12+0.)2()+1*).**+-,34563)/,2(+/0/,/.+/12)1+/-0-0+/.*0,+/)*,(+//)(.+/,-.1+,2.10+,0)2,+,1)/(+,-().+,./-1+,)*0+,/,34563)图５ 转底炉内铁及铁氧化物的摩尔浓度Ｆｉｇ ５ ＭｏｌａｒｉｔｙｏｆｉｒｏｎａｎｄｉｒｏｎｏｘｉｄｅｉｎＲＨＦ（ａ）—Ｆｅ２Ｏ３；（ｂ）—Ｆｅ３Ｏ４；（ｃ）—ＦｅＯ；（ｄ）—Ｆｅ 图７展示了转底炉内冶金粉尘球团在炉底中径处铁的浓度及球团的金属化率．结果表明，铁氧化物在进入还原区域、经过逐级反应后，浓度不断增大，在反应后期浓度增长放缓．这是由于在反应过程中收缩核半径不断减小，反应界面的面积不断减小，使反应放缓．在转底炉工作一个周期后，转底炉中径处的冶金粉尘球团中铁的浓度由３４７７ ５０ｍｏｌ／ｍ３增长至９７１９ ９４ｍｏｌ／ｍ３；同时，在转底炉的中径处球团金属化率由３２ ５０％增大至９０ ８５％．图８展示了转底炉工作一个周期后，出口处的冶金粉尘球团的金属化率．结果表明，在出口中心处球团的金属化率最大，为９０ ８５％；中０９材料与冶金学报 第２０卷心两侧的球团金属化率逐渐减小，出口处的冶金粉尘球团平均金属化率为８１ ４２％．!"#$% !"%$& !"$'(')''#('#''*(+%''角度,- .&(++&+++%(++%+++#(++#+++*(++*+++(+++ ,-/01 /2%.图６ 转底炉中径处铁氧化物浓度变化曲线Ｆｉｇ ６ ＭｏｌａｒｉｔｙｏｆｉｒｏｎｏｘｉｄｅｉｎｔｈｅｍｉｄｄｌｅｄｉａｍｅｔｅｒｏｆＲＨＦ!"#$% #&'(角度!" )*+,++-*+-++,*+'++浓度球团金属化率,++.+/+0+1+*+2+'+球团金属化率!3,++++.+++/+++1+++*+++2+++'+++图７ 转底炉中径处铁的浓度及球团金属化率Ｆｉｇ ７ ＭｏｌａｒｉｔｙｏｆｉｒｏｎａｎｄｉｒｏｎｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｍｉｄｄｌｅｄｉａｍｅｔｅｒｏｆＲＨＦ球团金属化率!"#$#%#&'&%$距离!(&'')*)'+*+',*,'-*图８ 转底炉出口处球团金属化率Ｆｉｇ ８ ＴｈｅｉｒｏｎｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐｅｌｌｅｔｓａｔｔｈｅｏｕｔｌｅｔｏｆＲＨＦ４ 结 论（１）在本文工况下的转底炉中径处，Ｆｅ２Ｏ３的浓度在４５０ｓ内由２３７３ｍｏｌ／ｍ３降低至０，Ｆｅ３Ｏ４和ＦｅＯ的浓度则是先升高后降低，Ｆｅ３Ｏ４的浓度在达到最大值１０９２ １８ｍｏｌ／ｍ３后也迅速减小，ＦｅＯ经历了１０４７ｓ的反应后浓度为９２３ ５０ｍｏｌ／ｍ３． （２）球团直径对球团还原的影响分为两个阶段，在７５０～１２５０ｓ的反应阶段含碳球团直径较大，金属化率升高得较快；在１２５０ｓ之后，球团金属化率随着球团直径的减小而升高得缓慢．（３）冶金粉尘球团在转底炉内经过一个周期（２５ｍｉｎ）的工作过程后，金属化率最高达９０ ８５％，转底炉出口处的平均金属化率为８１ ４２％．参考文献：［１］佘雪峰，薛庆国，王静松，等．钢铁厂含锌粉尘综合利用及相关处理工艺比较［Ｊ］．炼铁，２０１０，２９（４）：５６－６２．（ＳｈｅＸｕｅｆｅｎｇ，ＸｕｅＱｉｎｇｇｕｏ，ＷａｎｇＪｉｎｇｓｏｎｇ，ｅｔａｌ．Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎａｎｄｒｅｌａｔｉｖｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｚｉｎｃ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｄｕｓｔｉｎｉｒｏｎａｎｄｓｔｅｅｌｗｏｒｋｓ［Ｊ］．Ｉｒｏｎｍａｋｉｎｇ，２０１０，２９（４）：５６－６２．）［２］陈砚雄，冯万静．钢铁企业粉尘的综合处理与利用［Ｊ］．烧结球团，２００５，３０（５）：４２－４６．（ＣｈｅｎＹａｎｘｉｏｎｇ，ＦｅｎｇＷａｎｊｉｎｇ．Ｏｎｔｈｅｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄｔｒｅａｔｍｅｎｔａｎｄｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌｄｕｓｔ［Ｊ］．ＳｉｎｔｅｒｉｎｇａｎｄＰｅｌｌｅｔｉｚｉｎｇ，２００５，３０（５）：４２－４６．）［３］ＣａｎｔａｒｉｎｏＭＶ，ＦｉｌｈｏＣＤＣ，ＭａｎｓｕｒＭＢ．Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅｒｅｍｏｖａｌｏｆｚｉｎｃｆｒｏｍｂａｓｉｃｏｘｙｇｅｎｆｕｒｎａｃｅｓｌｕｄｇｅｓ［Ｊ］．Ｈｙｄｒｏｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ，２０１２，１１１／１１２：１２４－１２８．［４］ＳｅｎｋＤ，ＧｕｄｅｎａｕＨＷ，ＧｅｉｍｅｒＳ，ｅｔａｌ．Ｄｕｓｔｉｎｊｅｃｔｉｏｎｉｎｉｒｏｎａｎｄｓｔｅｅｌｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ［Ｊ］．ＩＳＩＪＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，２００６，４６（１２）：１７４５－１７５１．［５］熊华文，戴彦德．转底炉直接还原技术对钢铁行业资源综合利用的意义及发展前景分析［Ｊ］．中国能源，２０１２，３４（２）：５－７，１３．（ＸｉｏｎｇＨｕａｗｅｎ，ＤａｉＹａｎｄｅ．Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｆｏｒｒｅｓｏｕｒｃｅｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｒｏｔａｒｙｈｅａｒｔｈｆｕｒｎａｃｅｄｉｒｅｃｔｒｅｄｕｃｔｉｏｎｉｎｓｔｅｅｌｉｎｄｕｓｔｒｙａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆｉｔｓｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｐｒｏｓｐｅｃｔｓ［Ｊ］．ＥｎｅｒｇｙｏｆＣｈｉｎａ，２０１２，３４（２）：５－７，１３．）［６］徐萌．转底炉煤基热风熔融炼铁工艺的基础性研究［Ｄ］．北京：北京科技大学，２００６．（ＸｕＭｅｎｇ．Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｃｏａｌｈｏｔ－ａｉｒｒｏｔａｒｙｈｅａｒｔｈｆｕｒｎａｃｅｐｒｏｃｅｓｓ［Ｄ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ，２００６．）［７］高金涛，周春芳，朱荣，等．转底炉分区域供热研究［Ｊ］．北京科技大学学报，２０１４，３６（Ｓ１）：１１０－１１６．（ＧａｏＪｉｎｔａｏ，ＺｈｏｕＣｈｕｎｆａｎｇ，ＺｈｕＲｏｎｇ，ｅｔａｌ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｈｅａｔｓｕｐｐｌｙｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｅｃｔｉｏｎｓｉｎａｒｏｔａｒｙｈｅａｒｔｈｆｕｒｎａｃｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ，２０１４，３６（Ｓ１）：１１０－１１６．）（下转第９６页）１９第２期 郑占一等：转底炉内冶金粉尘还原过程数值模拟二者呈线性关系．（２）较大的气化剂流速会影响流体和颗粒间的换热时间，恶化换热效果．对于气固顺流式移动床应当合理地控制气化剂流速．（３）出口气体中ＣＯ的质量分数随着气化剂流速的增加而降低，减小焦炭直径有助于加快气化反应的速率，出口气体中ＣＯ的质量分数随着焦炭直径的减小而增大．参考文献：［１］毛艳丽，曲余玲，王涿．高炉熔渣处理及显热回收工艺的研究进展［Ｊ］．上海金属，２０１３，３５（３）：４５－５０．（ＭａｏＹａｎｌｉ，ＱｕＹｕｌｉｎｇ，ＷａｎｇＺｈｕｏ．Ｒｅｖｉｅｗｏｆｂｌａｓｔｆｕｒｎａｃｅｍｏｌｔｅｎｓｌａｇｔｒｅａｔｍｅｎｔａｎｄｓｅｎｓｉｂｌｅｈｅａｔｒｅｃｏｖｅｒｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ［Ｊ］．ＳｈａｎｇｈａｉＭｅｔａｌｓ，２０１３，３５（３）：４５－５０．）［２］ＬｉＰ，ＱｉｎＱ，ＹｕＱＢ，ｅｔａｌ．Ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｓｔｕｄｙｆｏｒｔｈｅｓｙｓｔｅｍｏｆｃｏａｌｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｂｙｍｏｌｔｅｎｂｌａｓｔｆｕｒｎａｃｅｓｌａｇ［Ｊ］．ＡｄｖａｎｃｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓＲｅｓｅａｒｃｈ，２０１０，９７／１０１：２３４７－２３５１．［３］杨世亮．流化床内稠密气固两相流动机理的ＣＦＤ－ＤＥＭ耦合研究［Ｄ］．杭州：浙江大学，２０１４．（ＹａｎｇＳｈｉｌｉａｎｇ．ＣＦＤ ＤＥＭｃｏｕｐｌｉｎｇｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆｄｅｎｓｅｔｗｏ ｐｈａｓｅｆｌｏｗｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｉｎｆｌｕｉｄｉｚｅｄｂｅｄｓ［Ｄ］．Ｈａｎｇｚｈｏｕ：ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１４．）［４］ＹａｎＬＢ，ＣａｏＹ，ＺｈｏｕＨ，ｅｔａｌ．Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｎｂｉｏｍａｓｓｓｔｅａｍｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｉｎａｄｕａｌｆｌｕｉｄｉｚｅｄｂｅｄｒｅａｃｔｏｒｗｉｔｈｔｈｅｇｒａｎｕｌａｒｋｉｎｅｔｉｃｔｈｅｏｒｙ［Ｊ］．ＢｉｏｒｅｓｏｕｒｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１８，２６９：３８４－３９２．［５］ＬｉｕＤＹ，ＣｈｅｎＸＰ，ＺｈｏｕＷ，ｅｔａｌ．ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｃｈａｒａｎｄｐｒｏｐａｎｅｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｉｎａｆｌｕｉｄｉｚｅｄｂｅｄｂｙｅｘｔｅｎｄｉｎｇＤＥＭ ＣＦＤａｐｐｒｏａｃｈ［Ｊ］．ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＣｏｍｂｕｓｔｉｏｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，２０１１，３３（２）：２７０１－２７０８．［６］ＫｕＸＫ，ＬｉＴ，Ｌ ｖ ｓＴ．ＣＦＤ ＤＥＭｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｂｉｏｍａｓｓｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｗｉｔｈｓｔｅａｍｉｎａｆｌｕｉｄｉｚｅｄｂｅｄｒｅａｃｔｏｒ［Ｊ］．ＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅ，２０１５，１２２：２７０－２８３．［７］ＬｉｕＭＬ，ＣｈｅｎＭ，ＬｉＴＪ，ｅｔａｌ．ＣＦＤ－ＤＥＭ－ＣＶＤｍｕｌｔｉ ｐｈｙｓｉｃａｌｆｉｅｌｄｃｏｕｐｌｉｎｇｍｏｄｅｌｆｏｒｓｉｍｕｌａｔｉｎｇｐａｒｔｉｃｌｅｃｏａｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｉｎｓｐｏｕｔｂｅｄ［Ｊ］．Ｐａｒｔｉｃｕｏｌｏｇｙ，２０１９，４２：６７－７８．［８］ＬｉｕＤＹ，ＢｕＣＳ，ＣｈｅｎＸＰ．ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄｔｅｓｔｏｆＣＦＤ ＤＥＭｍｏｄｅｌｆｏｒｃｏｍｐｌｅｘｇｅｏｍｅｔｒｙ：ａｃｏｕｐｌｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒＦｌｕｅｎｔａｎｄＤＥＭ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ＆ＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１３，５８：２６０－２６８．［９］ＣｒｏｗｅＣＴ，ＳｏｍｍｅｒｆｅｌｄＭ，ＴｓｕｊｉＹ．Ｍｕｌｔｉｐｈａｓｅｆｌｏｗｓｗｉｔｈｄｒｏｐｌｅｔｓａｎｄｐａｒｔｉｃｌｅｓ［Ｍ］．Ｆｌｏｒｉｄａ：ＣＲＣＰｒｅｓｓ，１９９８．［１０］ＧｉｄａｓｐｏｗＤ．Ｍｕｌｔｉｐｈａｓｅｆｌｏｗａｎｄｆｌｕｉｄｉｚａｔｉｏｎ：ｃｏｎｔｉｎｕｕｍａｎｄｋｉｎｅｔｉｃｔｈｅｏｒｙｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮｏｎ ＮｅｗｔｏｎｉａｎＦｌｕｉｄＭｅｃｈａｎｉｃｓ，１９９４，５５（２）：２０７－２０８．［１１］王帅．流化床内稠密气固两相反应流的欧拉 拉格朗日数值模拟研究［Ｄ］．杭州：浙江大学，２０１９．（ＷａｎｇＳｈｕａｉ．Ｅｕｌｅｒｉａｎ Ｌａｇｒａｎｇｉａｎｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｄｅｎｓｅｒｅａｃｔｉｖｅｇａｓ ｓｏｌｉｄｆｌｏｗｓｉｎｆｌｕｉｄｉｚｅｄｂｅｄｓ［Ｄ］．Ｈａｎｇｚｈｏｕ：ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１９．）（上接第９１页）［８］ＬａｎｄｆａｈｒｅｒＭ，ＳｃｈｌｕｃｋｎｅｒＣ，ＰｒｉｅｌｅｒＲ，ｅｔａｌ．ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆａｎｕｍｅｒｉｃａｌｌｙｅｆｆｉｃｉｅｎｔｍｏｄｅｌｄｅｓｃｒｉｂｉｎｇａｒｏｔａｒｙｈｅａｒｔｈｆｕｒｎａｃｅｕｓｉｎｇＣＦＤ［Ｊ］．Ｅｎｅｒｇｙ，２０１９，１８０：７９－８９．［９］赵凯，宫晓然，胡长庆，等．转底炉用蓄热式烧嘴的模拟［Ｊ］．材料与冶金学报，２０１５，１４（２）：１２１－１２５．（ＺｈａｏＫａｉ，ＧｏｎｇＸｉａｏｒａｎ，ＨｕＣｈａｎｇｑｉｎｇ，ｅｔａｌ．Ａｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｎｏｚｚｌｅｏｆｒｏｔａｒｙｈｅａｒｔｈｆｕｒｎａｃｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＭｅｔａｌｌｕｒｇｙ，２０１５，１４（２）：１２１－１２５．）［１０］刘颖．转底炉内冶金粉尘含碳球团直接还原过程数学模型研究［Ｄ］．北京：北京科技大学，２０１５．（ＬｉｕＹｉｎｇ．Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆｄｉｒｅｃｔｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆｃａｒｂｏｎ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｐｅｌｌｅｔｓｍａｄｅｏｆｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌｄｕｓｔｉｎａｒｏｔａｒｙｈｅａｒｔｈｆｕｒｎａｃｅ［Ｄ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ，２０１５．）［１１］ＬｉｕＹ，ＳｕＦ，ＷｅｎＺ，ｅｔａｌ．ＣＦＤｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｆｌｏｗ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ａｎｄｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｆｉｅｌｄｓｉｎａｐｉｌｏｔ ｓｃａｌｅｒｏｔａｒｙｈｅａｒｔｈｆｕｒｎａｃｅ［Ｊ］．ＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌａｎｄＭａｔｅｒｉａｌｓＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓＢ，２０１４，４５（１）：２５１－２６１．［１２］ＷｕＹＬ，ＪｉａｎｇＺＹ，ＺｈａｎｇＸＸ，ｅｔａｌ．Ｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｔｈｅｒｍｏｃｈｅｍｉｃａｌｂｅｈａｖｉｏｒｉｎａｎｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｓｃａｌｅｒｏｔａｒｙｈｅａｒｔｈｆｕｒｎａｃｅｆｏｒｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌｄｕｓｔｒｅｃｙｃｌｉｎｇ［Ｊ］．ＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌａｎｄＭａｔｅｒｉａｌｓＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓＢ，２０１７，４８（５）：２４０３－２４１８．［１３］ＷｕＹＬ，ＪｉａｎｇＺＹ，ＺｈａｎｇＸＸ，ｅｔａｌ．Ｐｒｏｃｅｓｓｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌｄｕｓｔｒｅｃｙｃｌｉｎｇｂｙｄｉｒｅｃｔｒｅｄｕｃｔｉｏｎｉｎｒｏｔａｒｙｈｅａｒｔｈｆｕｒｎａｃｅ［Ｊ］．ＰｏｗｄｅｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１８，３２６：１０１－１１３．［１４］ＤａｓｇｕｐｔａＳ，ＳａｌｅｅｍＳ，ＳｒｉｒａｎｇａｍＰ，ｅｔａｌ．Ａｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｒｅｄｕｃｔｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｉｒｏｎｏｒｅ／ｃａｒｂｏｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｐｅｌｌｅｔｓｉｎｂｏｔｈｓｉｎｇｌｅａｎｄｍｕｌｔｉ ｌａｙｅｒｂｅｄｒｏｔａｒｙｈｅａｒｔｈｆｕｒｎａｃｅ［Ｊ］．ＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌａｎｄＭａｔｅｒｉａｌｓＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓＢ，２０２０，５１（２）：８１８－８２６．［１５］华一新．冶金过程动力学导论［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，２００４：１６２－１６５．（ＨｕａＹｉｘｉｎ．Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｔｏｋｉｎｅｔｉｃｓｏｆｍｅｔａｌｌｕｒｇｙｐｒｏｃｅｓｓ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙＰｒｅｓｓ，２００４：１６２－１６５．）６９材料与冶金学报 第２０卷。
燃烧现象
绪论§0-1 燃烧现象一般将强烈放热和发光的快速化学反应过程称为“燃烧”。
这里的化学反应通常是指燃料的氧化反应，或类氧化反应，如氟化、氮化、氯化反应等。
燃烧常伴随火焰。
燃烧有许多形式，如果按化学反应传播的特性和方式，可以分为强烈热分解、缓燃和爆震等形式。
热分解的特点是化学反应在整个物质内部展开，反应速度与环境温度有关，温度升高，反应速度加快。
当环境温度很高时，就会立刻爆炸。
缓燃和爆震与热分解不同，化学反应不是在整个物质内部展开，而是从某个局部开始，并以燃烧波的形式，按一定速度一层一层地自行传播，化学反应波阵面很薄，化学反应就是在很薄的波阵面内进行并完成。
缓燃，亦即通常所说的燃烧，其产生的能量通过热传导、热扩散及热辐射作用传入未燃混合物，逐层加热、逐层燃烧，从而实现缓燃波的传播。
缓燃波通常称为火焰面，它的传播速度较低，一般为几米到十几米。
目前大部分燃烧系统均采用缓燃波。
爆震波的传播是通过冲击波对可爆震混合物一层层强烈冲击压缩作用使其发生高速化学反应来实现的。
爆震波的传播速度远远大于缓燃波的传播速度，它是一种超音速燃烧波。
由于爆震威力大，有巨大的破坏作用，在内燃机、工业灾害中，力求防止爆震波的产生。
由于爆震速度快、能增压，它有可能用于能源、动力、化工、加工工业等领域。
爆震波只是爆炸的一种形式。
有些爆炸不一定需要有燃烧波穿过可燃介质，如强烈热分解。
在自然界和工程中，燃烧现象表现形式是十分丰富的、多样的。
燃烧按是否有火焰而分为有火焰和无火焰两种燃烧方式。
以火花点火发动机为例，燃烧从火花点火开始，薄的反应区，通常称为火焰在未燃燃料空气混合物中传播。
火焰面后是燃烧产物。
在一定条件下，在未燃可燃混气的许多点同时发生化学反应，导致燃烧室整个容积迅速燃烧，这种燃烧室容积释热的现象称为自动点火，它没有薄的火焰面。
燃烧过程中，燃料和氧化剂（典型的为空气）混合燃烧。
燃烧可以根据燃料和氧化剂是否预先混合来分类:如果燃料和氧化剂先混合后燃烧称为预混燃烧火焰；如果燃烧和混合是同时发生的，则称为非预混燃烧或非预混火焰。
fluent中的组分输运模型
fluent中的组分输运模型Fluent中的组分输运模型引言：在工程领域，我们经常需要分析和解决许多涉及流体和气体的输运问题。
ANSYS Fluent作为一款流体力学模拟软件，提供了一种强大的工具，可以用于模拟和分析各种流体输运现象。
其中，组分输运模型是Fluent中的一个重要模块，用于研究液体或气体中不同组分的输运行为。
本文将介绍Fluent中的组分输运模型的原理和应用。
一、组分输运模型的基本原理组分输运模型是基于质量守恒和组分守恒的原理进行建模和计算的。
在Fluent中，每个组分都有自己的质量分数，用于描述该组分在流体中的比例。
组分的输运行为包括扩散、对流和反应等过程。
1. 扩散过程扩散是指组分在浓度梯度作用下从高浓度区域向低浓度区域的传递过程。
在Fluent中，可以通过设置组分的扩散系数来模拟这一过程。
扩散系数是一个与温度和压力相关的参数，用于描述组分在流体中的扩散速率。
通过求解质量分数的扩散方程，可以计算出组分在流体中的浓度分布。
2. 对流过程对流是指组分随着流体运动而传输的过程。
在Fluent中，可以通过设置组分的速度和流体的速度场来模拟这一过程。
对流速度通常由流体的速度场和质量分数梯度共同决定。
通过求解质量分数的对流方程，可以计算出组分在流体中的输运速率。
3. 反应过程反应是指组分之间发生化学反应或物理反应的过程。
在Fluent中，可以通过设置反应速率和反应方程来模拟这一过程。
反应速率通常由温度、压力和组分浓度等因素决定。
通过求解质量分数的反应方程，可以计算出组分之间的反应速率。
二、组分输运模型的应用组分输运模型在许多工程领域中都有广泛的应用。
下面将介绍一些常见的应用场景。
1. 化学反应工程在化学反应过程中，组分的输运行为对反应的速率和产物的生成有重要影响。
通过使用Fluent中的组分输运模型，可以模拟和优化化学反应的过程，预测产物的生成和反应速率。
2. 燃烧工程燃烧是指可燃物与氧气发生反应释放能量的过程。
化工原理吕树申第四版
化工原理吕树申第四版《化工原理》是一本化学工程专业必修的教材，作者为吕树申教授。
该书详尽地阐述了化学工程的基本理论和实践应用。
该书分为13章，包括物理化学基本原理、物质的热力学特性、物质的输送与流动、分离技术、反应器的基本理论、物理过程的基本原理、化学过程的基本原理等。
下面就对该书的内容做简要的总结。
第一章讲述了物理化学的基本原理，包括物理化学的基本概念、化学反应平衡、化学反应速率等。
其中，化学反应平衡是物理化学的核心概念，它产生于化学反应达到一种平衡状态。
化学反应速率是化学反应进程快慢的指标。
第二章详细地介绍了物质的热力学特性，如物质的热力学基本概念、热力学函数、热力学第一、二、三定律等。
其中，热力学第一定律是能量守恒定律，热力学第二定律揭示了热量的流动方向和不能做功的热机效率，热力学第三定律则是规定温度不能小于绝对零度。
第三章介绍了物质的输送与流动，包括物质的动力学特性、质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程等。
这些方程式是研究化学工程过程中的物质运动与转化过程的重要工具。
第四章讲述了分离技术，其中包括萃取、蒸馏、吸附、结晶等分离技术。
这些技术都是工业生产过程中不可或缺的手段。
第五、六章分别介绍反应器的基本理论和物理过程的基本原理。
在反应器中，化学反应发生，物质发生转化。
而在物理过程中，物质发生运动、扩散、传热等。
这些过程都是化学工程过程中的基础。
第七、八、九章分别介绍了化学过程的基本原理、固体反应工艺和催化反应工艺。
其中，化学过程是指化学反应材料由原料转化成成品的过程，固定化工是指化学工程中固体材料转化过程的研究，催化反应是指利用催化剂增强反应速率的反应。
第十、十一、十二、十三章分别介绍了气体吸附分离工艺、膜分离工艺、超声波处理技术和光化学反应工艺。
这些新兴分离技术和反应工艺有许多应用前景。
总的来说，《化工原理》是一本系统全面，内容丰富，适合化工专业学生学习和实际工程生产中使用的教材。
它对化学工程中的基本理论和技术方法进行了详细阐述，并且结合许多实例和应用，为读者提供了直观的认识。
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FLUENT 教程 赵玉新
第一章、开始 第二章、操作界面 第三章、文件的读写 第四章、单位系统 第五章、读入和操作网格 第六章、边界条件 第七章、物理特性 第八章、基本物理模型 第九章、湍流模型 第十章、辐射模型 第十一章、化学输运与反应流 第十二章、污染形成模型 第十三章、相变模拟 第十四章、多相流模型 第十五章、动坐标系下的流动 第十六章、解算器的使用 第十七章、网格适应 第十八章、数据显示与报告界面的产生 第十九章、图形与可视化 第二十章、Alphanumeric Reporting 第二十一章、流场函数定义 第二十二章、并行处理 第二十三章、自定义函数 第二十四章、参考向导 第二十五章、索引（Bibliography） 第二十六章、命令索引
流动变量，并且告诉我们如何创建自己的自定义流场函数。 z 并行处理：本章描述了 FLUENT 的并行处理特点以及使用方法 z 自定义函数：本章描述了如何通过用户定义边界条件，物理性质函数来形成自己的
FLUENT 软件。
如何使用该手册 z 根据你对 CFD 以及 FLUENT 公司的熟悉，你可以通过各种途径使用该手册 对于初学者，建议如下：
具体的应用选择适当的解形式，并且概述了问题解决的大致步骤。在本章中，我们给出
了一个可以在你自己计算机上运行的简单的算例。 z 使用界面：本章描述了用户界面、文本界面以及在线帮助的使用方法。同时也提供了远
程处理与批处理的一些方法。（请参考关于特定的文本界面命令的在线帮助） z 读写文件：本章描述了 FLUENT 可以读写的文件以及硬拷贝文件。 z 单位系统：本章描述了如何使用 FLUENT 所提供的标准与自定义单位系统。 z 读和操纵网格：本章描述了各种各样的计算网格来源，并解释了如何获取关于网格的诊
传递过程原理
中国海洋大学本科生课程大纲课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修一、课程介绍1.课程描述：传递过程原理是一门探讨传递过程速率的课程。
传递过程原理是化工过程研究、开发与设计的理论基础，是一门理论性与应用性均较强的课程，国内外化学工程系高年级本科生的必修课程，是化学工程与工艺专业的重要专业基础课程和基础理论课程之一。
该课程从研究动量传递、热量传递和质量传递3种传递过程的机理入手，阐明传递过程的基本规律、基本概念、基本物理现象以及处理问题的基本方法。
该课程包括传递过程微分方程、不可压缩流体运动、边界层理论、湍流、导热、对流换热、传质、分子扩散、对流扩散等方面的内容。
2.设计思路：本课程选择天津大学的《化工传递过程基础》作为教材，论述了化学工程中动量、热量与质量（“三传”）的基本原理、数学模型及求解方法，传递速率的理论计算，“三传”的类比及传递理论的工程应用等内容。
本课程主要包括四部分的内容，各部分的内容和基本要求如下：第一部分：传递过程概论，阐述流体流动导论、三传的类似性和衡算方法；第二部分：动量传递。
第二～五章，包括动量传递概论与动量传递微分方程、动量传递方程的若干解、边界层流动和湍流；第三部分：热量传递。
第六～八章，包括热量传递概论和能量方程、热传导和对流传热；第四部分：质量传递：第九～十一章为质量传递，包括质量传递概论和传质微分方程、分子传质和对流传质；3. 课程与其它课程的关系：本课程适宜安排在修完高等数学、大学物理、物理化学（上）、化工原理（上）等有关基础课课程之后开设，内容上注意与化工原理的衔接。
二、课程目标掌握各种化工过程中的共性物理现象—传递现象（动量传递、热量传递和质量传递）相似的机理和规律；掌握动量、热量和质量传递过程的总衡算和微分衡算方程，通过应用实例掌握建立、求解化工传递过程数学模型的基本方法，确定边界条件从而分别求出过程的解析、数值解或转化为准数关联式，提高学生分析问题、解决化学工程中传递问题的创造能力和工程应用能力。
第12章 组分输运和反应流介绍
第十二章组分输运和反应流介绍FLUENT提供了几种化学组分输运和反应流的模型，本章大致介绍一下这些模型。
详细的模型请参阅第十三章到第十六章，第十七章介绍污染形成模型。
12.1 组分与化学反应模拟概述FLUENT可以模拟具有或不具有组分输运的化学反应。
不待化学反应的组分输运建模请参阅13.4节下面是Fluent可以模拟的几种化学反应：• 可能包括NOx和其它污染形成的气相反应。
• 在固体（壁面）处发生的表面反应（如化学蒸汽沉积）。
• 粒子表面反应（如炭颗粒的燃烧），其中的化学反应发生在离散相粒子表面。
19.3节会介绍液滴/粒子反应模拟的其它信息。
12.2 反应模拟的方法FLUENT提供了四种模拟反应的方法：• 通用有限速度模型• 非预混和燃烧模型• 预混和燃烧模型• 部分预混和燃烧模型以下四节会大致介绍一下上面四种模型。
12.3节对模型的选择做大致的介绍。
12.2.1 通用有限速度模型该方法基于组分质量分数的输运方程解，采用你所定义的化学反应机制，对化学反应进行模拟。
反应速度在这种方法中是以源项的形式出现在组分输运方程中的，计算反应速度有几种方法：从Arrhenius速度表达式计算，从Magnussen 和Hjertager [149]的漩涡耗散模型计算或者从EDC模型[148]计算。
这些模型的应用范围是非常广泛的，其中包括预混和，部分预混和和非预混和燃烧，详细内容请参阅第13章。
12.2.2 非预混和燃烧模型在这种方法中，并不是解每一个组分输运方程，而是解一个或两个守恒标量（混和分数）的输运方程，然后从预测的混合分数分布推导出每一个组分的浓度。
该方法主要用于模拟湍流扩散火焰。
对于有限速度公式来说，这种方法有很多优点。
在守恒标量方法中，通过概率密度函数或者PDF来考虑湍流的影响。
反映机理并不是由我们来确定的，而是使用flame sheet（mixed-is-burned）方法或者化学平衡计算来处理反应系统。
《FLUENT中文手册(简化版)》
《FLUENT中文手册（简化版）》215548076.docFLUENT中文手册（简化版）本手册介绍FLUENT的使用方法，并附带了相关的算例。
下面是本教程各部分各章节的简略概括。
第一部分：开始使用：描述了FLUENT的计算能力以及它与其它程序的接口。
介绍了如何对具体的应用选择适当的解形式，并且概述了问题解决的大致步骤。
在本章中给出了一个简单的算例。
使用界面：描述用户界面、文本界面以及在线帮助的使用方法，还有远程处理与批处理的一些方法。
读写文件：描述了FLUENT可以读写的文件以及硬拷贝文件。
单位系统：描述了如何使用FLUENT所提供的标准与自定义单位系统。
使用网格：描述了各种计算网格来源，并解释了如何获取关于网格的诊断信息，以及通过尺度化（scale）、分区（partition）等方法对网格的修改。
还描述了非一致（nonconformal）网格的使用. 边界条件：描述了FLUENT所提供的各种类型边界条件和源项，如何使用它们，如何定义它们等物理特性：描述了如何定义流体的物理特性与方程。
FLUENT采用这些信息来处理你的输入信息。
第二部分：基本物理模型：描述了计算流动和传热所用的物理模型（包括自然对流、周期流、热传导、swirling、旋转流、可压流、无粘流以及时间相关流）及其使用方法，还有自定义标量的信息。
湍流模型：描述了FLUENT的湍流模型以及使用条件。
辐射模型：描述了FLUENT的热辐射模型以及使用条件。
化学组分输运和反应流：描述了化学组分输运和反应流的模型及其使用方法，并详细叙述了prePDF的使用方法。
污染形成模型：描述了NOx和烟尘的形成的模型，以及这些模型的使用方法。
第三部分：相变模拟：描述了FLUENT的相变模型及其使用方法。
离散相变模型：描述了FLUENT的离散相变模型及其使用方法。
多相流模型：描述了FLUENT的多相流模型及其使用方法。
移动坐标系下的流动：描述单一旋转坐标系、多重移动坐标系、以及滑动网格的使用方法。
输运理论与溶质分凝
不同平衡分凝系数 k0 下的
ⅲ）
仅考虑扩散效应
（溶质仅在固液界面前沿有限距离内扩散，熔体主体仍 保持原有初始浓度）
一维稳态溶质扩散方程（ 运动坐标系）
d 2CL z dCL z D V 0 2 dz dz
解为：
1 k0 V 0 CL z CL 1 exp z k0 D
将温场中所有温度相同的空间各点联 结起来，构成一个空间曲面，称为等温面。 稳态温场中不同的等温面是永不相交的。 温度为熔体凝固点的等温面是固体与液体 的分界面，称为固液界面。 固液界面的形状除受晶体的提拉速率、 旋转速率和晶体的尺寸等因素影响外，主 要取决于界面处热量输运的情况。 通过提供一个合适而稳定的温场，进 而控制热量输运过程，是生长优质单晶的 重要条件。
z
L
一维数学等效模型
0 Z 0 CS Z k0CL 1 L k0 1 Z 0 CL Z CL 1 L
k 1
正常凝固方程: １．描述在平衡凝固条件下的溶质分布规律 ２．适用于任何溶质保守系统
凝固部分体积百分数
CS Z ' 曲线
• 生长过程中，哪一种热传递起主要作用，根 据具体的工艺条件而定。一般而言，高温时， 辐射起主要作用；而温度较低时，热传导将起 主要作用。
§3
动量输运与流体效应
输运模式：对流
V V ▽ V V ▽ P f t
V V V V T f T T0 C f C C0 t
（K d 体扩散速率常数， Ki 界面反应速率常数）
结论：
• 当反应速率非常快时，即 Ki 很大时，整体速率常数取决 于 K d ，表明扩散过程是限制生长的主要因素；
FLUENT中组分输运及化学反应燃烧模拟ppt课件
缺点:
不适合混合速率与化学反应动力学时间尺度相当时候的化学反应 (要 求 Da >>1).
没有严格考虑湍流－化学反应之间的相互作用问题
不能考虑中间产物或组分、不能考虑分裂影响. 模型常数不确定, 特别是用于计算多个化学反应的时候尤为如此，模
型常数通用性较差。.
©燃烧
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
计算流体与传热传质
热科学与能源工程系 2003年10月
Fluent燃烧模型
有限速率模型
求解组分的质量分数输运方程，化学反应机理由用户自己定 义。
非预混燃烧模型
该模型中并不求解单个组分的输运方程，而是求解一个或者 两个守恒标量（混合分数）的输运方程
预混燃烧模型
模拟完全混合的燃烧问题。充分混合的燃烧物和产物被火焰 前锋分隔，求解出的化学反应进展变量来描述该火焰前峰的位置 部分预混燃烧模型
1
p(V)Vlim T T i
i
p(V), the PDF, represents fraction of sampling time when variable, V, takes a value between V and V + V.
p(f) can be used to compute time-averaged values of variables that
粉煤与喷油燃烧子模型
辐射模型: DTRM, P-1, Rosseland 和Discrete Ordinates (V5)
湍流模型: k-, RNG k-, RSM, Realizable k- (V5) and LES (V5)
海洋输运过程课件
乎不受海洋动力条件的影响。而细颗粒物质到达海中将受到海 洋动力条件的作用，向远方输运。
海洋输运过程
河口附近的沉积 由河流搬运入海的陆源物质主要是泥沙，绝大多数在河口区附近沉积下来。海水
• 广义的物质浓度变化都是用浓度方程来表达的，求解浓度方程的过程 可以获得浓度的空间分布和时间变化，这些变化已经体现了流动对浓 度分布的贡献。然而，求解浓度方程并不能直接给出物质输运量，物 质输运还是要用流场和浓度场的结果另行计算。
• 本章将分析各种输运过程，明确输运过程的表达方法，介绍输运过程 在物理海洋学中的作用。
第13章内容
• 海水中存在各种各样的流动过程，海水中的物质随着海水的流动而迁 移，称为输运过程（transportation process），也称为输送过程。物 质在海水中的存在状况是各种各样的，有的融解于海水，有的悬浮在 海水之中，有的漂浮在海面之上，有的时而悬浮时而沉降。这些物质 与海水运动相联系，形成了海水的输运能力。不同物质的输运过程可 以很不相同，同一流场中也可以发生多种物质输运过程。
海冰淡水通量 F i hiC Fra bibliotek1Si)vndl（单位：m3/s）
虽然海冰的厚度远小于海洋上层海洋的厚度，但由于海冰的盐度小， 2m厚的海冰输运的淡水相当于上层数十米厚度的海水层输运的 淡水量。
海洋输运过程
§13-3 动力沉积
海洋中有些颗粒状物质一方面受海水运动的影响而发生输运，另 一方面在适宜的条件下会脱离水体，这些物质的运动过程称为 动力沉积过程，是海洋中物质输运过程的重要组成部分。
海洋输运过程
海冰的淡水输运
组分输运模型和多相流模型
组分输运模型和多相流模型
组分输运模型和多相流模型是现代化工过程中的重要工具，它们可以帮助工程师预测物质在不同状态下的输运、转化和分离过程，进而优化工艺流程、提高产能和改进产品品质。
以下是对这两种模型的详细阐述：
组分输运模型：
组分输运模型是描述化学物质在流体中扩散、漂移和对流运动的微分方程模型。
它可以考虑物质在不同状态下（如气态、液态、固态）的输运行为，并与其他流体性质（如速度、温度、密度）相互作用。
通常，组分输运模型是建立在质量守恒和动量守恒基础之上的，通过假设化学物质质量分数的变化来描述物质输运与反应过程，从而在特定边界条件下求解出物质的分布和浓度。
多相流模型：
多相流模型是描述多种物质（如气体、液体、固体）在不同状态下混合、转化和运动的模型。
它可以应用于化工、石油、能源等领域中的多种物质的相互作用的研究。
多相流模型可以对物体的形态、流速、质量等各个参数进行综合分析，在毫秒至微秒的时间尺度内，对物质变化的规律进行刻画，从而更好地理解和优化物质流动过程。
在实际应用中，组分输运模型和多相流模型通常会相互结合，形成一个完整的工程模型。
例如，在药物研发中，通过组分输运模型可以计算药物在体内的传输和代谢，而通过多相流模型可以预测药物在体内
的吸收和分布情况。
这些模型有助于加速产品研发和生产过程，从而为不同领域的工程师和科学家提供强而有力的研发和创新工具。
组分输运[最新]
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设定物理性质是模型设定中的重要一步。
这些属性可能会包括：密度或者分子量粘性比热容热传导系数质量扩散系数标准状态焓分子运动论中的各个参数当你模拟组分输运时，你就需要定义混合材料，该材料包括所解决问题的各种各样材料。
混合物的物理性质会被定义，其中也包括流体材料的组成部分（混合材料的概念将会在混合材料一节详细讨论）。
离散相模型的附加材料类型也可以使用，请参阅离散相材料的概念一节。
多成分混合的成分相关密度：FLUENT中密度的选择是非常重要的，你必须在流动区域的基础上设定适当的密度关系式。
●对于可压流，理想气体关系式式是适当的密度关系式。
●对于不可压流你需要选择下面方法中的一种：1.密度如果与温度无关，请选择常数。
2.对于完全不可压流中压力有很小的变化，但是你想要使用理想气体定律时来体现密度和温度之间的关系（如自然对流）时，你就应该使用不可压理想气体定律。
不可也理想气体定律不能计算封闭区域的时间相关自然对流。
3.当密度是温度的函数时（如自然对流问题），我们就应该使用温度的多项式函数、分段线性函数或者分段多项式函数。
4.对于温度有很小变化的自然对流问题，可以使用Boussinesq模型。
如果你解组分输运方程，你就需要为混合材料和流体成分（组分）设定相关属性，详情请参阅混合物与其流体成分（组分）的属性的定义。
要定义混合物的组分相关密度，步骤如下：1.选择密度方法：●对于非理想其体混合物，在使用材料面板的1中的密度右边下拉列表中选择混合材料的volume-weighted-mixing-law方法。
●如果你模拟可压流动，在使用材料面板的1中的密度右边下拉列表中选择混合材料的理想气体。
●如果使用理想气体定律模拟不可压流动，在使用材料面板的1中的密度右边下拉列表中选择混合材料的不可压理想气体。
2.点击改变/创建按钮。
3.如果你选择volume-weighted-mixing-law，定义组成混合物的每一种流体材料的密度。
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第十二章组分输运和反应流介绍
FLUENT提供了几种化学组分输运和反应流的模型，本章大致介绍一下这些模型。
详细的模型请参阅第十三章到第十六章，第十七章介绍污染形成模型。
12.1 组分与化学反应模拟概述
FLUENT可以模拟具有或不具有组分输运的化学反应。
不待化学反应的组分输运建模请参阅13.4节
下面是Fluent可以模拟的几种化学反应：
∙可能包括NOx和其它污染形成的气相反应。
∙在固体（壁面）处发生的表面反应（如化学蒸汽沉积）。
∙粒子表面反应（如炭颗粒的燃烧），其中的化学反应发生在离散相粒子表面。
19.3节会介绍液滴/粒子反应模拟的其它信息。
12.2 反应模拟的方法
FLUENT提供了四种模拟反应的方法：
∙通用有限速度模型
∙非预混和燃烧模型
∙预混和燃烧模型
∙部分预混和燃烧模型
以下四节会大致介绍一下上面四种模型。
12.3节对模型的选择做大致的介绍。
12.2.1 通用有限速度模型
该方法基于组分质量分数的输运方程解，采用你所定义的化学反应机制，对化学反应进行模拟。
反应速度在这种方法中是以源项的形式出现在组分输运方程中的，计算反应速度有几种方法：从Arrhenius速度表达式计算，从Magnussen 和Hjertager [149]的漩涡耗散模型计算或者从EDC模型[148]计算。
这些模型的应用范围是非常广泛的，其中包括预混和，部分预混和和非预混和燃烧，详细内容请参阅第13章。
12.2.2 非预混和燃烧模型
在这种方法中，并不是解每一个组分输运方程，而是解一个或两个守恒标量（混和分数）的输运方程，然后从预测的混合分数分布推导出每一个组分的浓度。
该方法主要用于模拟湍流扩散火焰。
对于有限速度公式来说，这种方法有很多优点。
在守恒标量方法中，通过概率密度函数或者PDF来考虑湍流的影响。
反映机理并不是由我们来确定的，而是使用flame sheet（mixed-is-burned）方法或者化学平衡计算来处理反应系统。
具体请参阅第十四章。
层流flamelet模型是非预混和燃烧模型的扩展，它考虑到了从化学平衡状态形成的空气动力学的应力诱导分离，具体请参阅14.4节。
12.2.3 预混和燃烧模型
这一方法主要用于完全预混合的燃烧系统。
在这些问题中，完全的混合反应物和燃烧产物被火焰前缘分开。
我们解出反应发展变量来预测前缘的位置。
湍流的影响是通过考虑湍流火焰速度来计算得出的。
具体请参阅第15章。
12.2.4部分预混和燃烧模型
顾名思义，部分预混和燃烧模型就是用于描述非预混和燃烧和完全预混和燃烧结合的系统。
在这种方法中，我们解出混合分数方程和反应发展变量来分别确定组分浓度和火焰前缘位置。
具体请参阅第十六章。
12.3 反应模型的选择
解决包括组分输运和反应流动的任何问题，首先都要确定什么模型合适。
模型选取的大致方针如下：
∙通用有限速度模型主要用于：化学组分混合、输运和反应的问题；壁面或者粒子表面反应的问题（如化学蒸气沉积）。
关于通用有限速度模型的详
细介绍请参阅第十三章。
∙非预混和燃烧模型主要用于：包括湍流扩散火焰的反应系统，这个系统接近化学平衡，其中的氧化物和燃料以两个或者三个流道分别流入所要计算的区域。
具体请参阅第十四章。
∙预混和燃烧模型主要用：于单一、完全预混和反应物流动。
具体请参阅第十五章。
∙部分预混和燃烧模型主要用于：区域内具有变化等值比率的预混和火焰的情况，具体请参阅第十六章。