[发明专利]一种CO2

权利要求书

1.一种CO₂和H₂O气氛下渣/金熔滴脱碳行为的数值模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)依据熔滴构造形式，建立渣/金熔滴脱碳过程的几何模型，划分气相和液相计算区域，使用分块非结构化网格对计算区域进行网格划分；

(2)对所述网格建立基本物理模型：连续性方程、动量方程、组分方程和VOF模型；

(3)定义气相以及渣/金相的材料属性，设置边界条件；

(4)指定初始条件，定义渣金气相间相互作用和分子扩散体积；

(5)运用编程耦合自定义模型，即气氛条件及其组分变化模型；

(6)设定监测变量：气相速度及碳元素质量分数，以及脱碳速率变化；

(7)对上述控制方程组进行离散化，并迭代求解；

(8)对整个计算区域初始化，对计算区域内代数方程组进行反复迭代，直到满足渣/金熔滴脱碳条件且满足守恒定律为止，即完成CO₂和H₂O气氛下渣/金熔滴脱碳行为的数值模拟；

(9)依据渣/金熔滴变化保存机制，对计算结果进行后处理，获得不同碳质量变化分数下的相分布和组分浓度分布，以及扩散系数、各组分质量变化、脱碳速率的变化规律。

2.根据权利要求1所述的一种CO₂和H₂O气氛下渣/金熔滴脱碳行为的数值模拟方法，其特征在于：步骤(1)中熔滴采用二维半圆形结构，对于双熔滴，半圆形渣/金熔滴间水平相切，网格采用Quad/pave格式。

3.根据权利要求1所述的一种CO₂和H₂O气氛下渣/金熔滴脱碳行为的数值模拟方法，其特征在于，步骤(3)中的材料属性包括密度和粘度，边界条件为：上下面为对称边界，气氛进口为速度边界，出口为压力出口边界。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种CO₂和H₂O气氛下渣/金熔滴脱碳行为的数值模拟方法，其特征在于，步骤(5)中气氛条件为：依据渣/金熔滴脱碳特点，考虑CO₂和H₂O气氛下渣/金熔滴中碳元素质量传输，即

C+CO₂(g)＝2CO(g)

C+H₂O(g)＝CO(g)+H₂(g)

组分CO₂和H₂O平衡时的浓度由平衡分压计算。

5.根据权利要求4所述的一种CO₂和H₂O气氛下渣/金熔滴脱碳行为的数值模拟方法，其特征在于，组分变化模型如下：

CO₂和H₂O气氛下，各组分产生或消耗控制方程为：

渣/金熔滴中碳元素间脱碳速率主要受气相传质控制，即

组分i的扩散系数D_i,m为

上式中，ρ为气相密度，D_i,m为组分i的扩散系数，X_i为组分i摩尔分数，D_ij为二元扩散系数，R为异相反应速率，α为气相体积分数，A为气液界面面积，V为单元体积，Y_i^diff为组分i浓度与平衡浓度间差，u为气相速度，Y_i为组分i质量分数，J_i为组分i质量通量，R为异相反应速率。

6.根据权利要求5所述的一种CO₂和H₂O气氛下渣/金熔滴脱碳行为的数值模拟方法，其特征在于：步骤(7)中，采用有限体积法对控制方程组进行离散化，计算过程采用二阶迎风格式和SIMPLE速度——压力藕合算法，压力插补格式采用PRESTO！格式，方程求解松弛因子采用默认值，相界面采用Geo-reconstruct方法重构；步骤(8)中，迭代的步长为1e^-5s。