[发明专利]预测烟气循环烧结质-热耦合过程的数值计算方法

权利要求书

1.一种预测烟气循环烧结质-热耦合过程的数值计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)建立烧结机内烧结料层的质-热耦合过程的数学模型，所述数学模型为二维非稳态模型，用于描述烧结料层与气体在烧结机内交叉换热的流动、传热燃烧和化学反应；

(2)建立非均相反应模型、均相反应模型，依据均相反应模型和非均相反应模型求解烧结过程中各物质的热效应，并将求解结果加权求和作为数学模型控制方程中的质量源项和热量源项；

(3)依据传热传质参数、料层几何结构参数计算数学模型控制方程中的对流项和扩散项；

(4)依据上述步骤中得到的质量源项、热量源项、对流项和扩散项求解数学模型的控制方程，得到烧结料层内的混料温度及气体温度、底部出口烟气温度及成分；

(5)将步骤(4)中的得到计算结果与实际烟气循环烧结杯实验获得的实验结果进行对比验证，确定经验系数的取值；

(6)进行优化仿真，对实际生产中的热工参数和操控参数进行模拟分析，以优化烟气循环烧结工艺。

2.根据权利要求1所述的预测烟气循环烧结质-热耦合过程的数值计算方法，其特征在于，所述数学模型控制方程包括：

气体质量守恒方程：

混料质量守恒方程：

气体能量守恒方程：

混料能量守恒方程：

气体动量守恒方程：

气体状态方程：

定解条件如下：初始条件为当t＝0时，T_s＝T_g＝T_ini；边界条件为当y＝0时，

其中，下标g和s分别为气体和混料；

下标i和j分别为气相组分和固相组分编号；

下标k为反应编号；

x和y分别为烧结机长度和料层厚度方向上的坐标；

ε为烧结料层孔隙率，-；

t为时间，s；

u和v分别为在x轴和y轴方向上的速度，m/s；

M为分子摩尔质量，kg/mol；

ρ为密度，kg/m³；

Cp为比热容，J/(kg·K)；

λ为导热系数，W/(m·K)；

λ_s,eff为混料的综合有效导热系数，W/(m·K)；

T为温度，K；

R_k为反应k中某组分的生成速率速率，mol/(m³·s)；

μ_g为气体动力粘度，Pa·s；

h_conv为气-固对流换热系数，W/(m²·K)；

As为固相颗粒的比表面积，m²/m³；

ΔH_k为反应k的热效应，J/kg；

P为料层压力，Pa；

F为粘性应力张量，-；

S为料层阻力造成的动量损失，Pa/m；

d_p为混料或固相颗粒的当量粒径，m；

为混料或固相颗粒的形状因子，-；

R_g为通用气体常数，J/(mol·K)；

T_ini为布料温度，K；

T_g,in为料层顶部的入风温度，K；

T_s,0为料层顶部混料的温度，K；

ε_m为混料黑度，-；

σ为Stefan-Bolzmann常数，W/(m²·K⁴)。