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气力输送废塑料的数值模拟研究

文档作者：孙永宁武新萍文档来源： 1．安徽工业大学 2．江苏大垣集团有限公司		点击数：	更新时间： 2021年02月16日
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第38卷第6期
2010年12月
现代冶金
M odern M etallurgy
Vo1．38 No．6
Dec．2010
气力输送废塑料的数值模拟研究
孙永宁h ，武新萍
(1．安徽工业大学，安徽马鞍山 243002；2．江苏大垣集团有限公司，江苏南京 211112)
摘要：建立了气力输送废塑料的气一粒两相湍流模型，采用k-e方程描述管道内的气一粒两相流动，并采用Fluent软
件进行数值模拟分析。
关键词：废塑料；气力输送；数值模拟；颗粒速度
中图分类号：X783．2；0357．5
引 言
中国钢铁工业的能耗约占全国总能耗的
1O％[1]。高炉炼铁能耗在钢铁企业能耗中约占55 ，
而高炉能耗(炼铁工序)占炼铁系统总能耗的7O 左
右[2]。因此，在能源日益紧缺的今天，对高炉炼铁工
序进行节能研究具有重要的意义。高炉喷吹废塑料
既是增铁节焦的有效措施，又是治理“白色污染”的
新技术。自20世纪9O年代初德国首次成功地将废
塑料喷入高炉后，日本也实现了高炉喷吹废塑料，并
取得了良好的效果[3]。中国也在积极研究高炉喷吹
废塑料技术，在此技术中气力输送废塑料是其中最
重要的工序，因而对气力输送废塑料过程进行数值
模拟，能为实际工程设计和应用提供可靠的依据。
1 物理及数学模型建立
选择分相湍流模型对废塑料在管道中的流动情
况进行模拟。
1．1 模拟区域及网格划分
1．1．1 模拟区域
计算区域为结合的长圆柱形管道如图1和图2。
四周设为壁面，区域的右部设为压力出口边界，出
口速度垂直于所在的面，视为稳定的流动，出口的速
度由入口和出口质量守恒确定。该边界条件意味着
在出口处无回流，为充分发展流场。左部有一个进气
口，即空气人口，此处废塑料颗粒的速度设为零，最
左边的进口为废塑料颗粒进口。
输送管管径分别为36 cm和45 cm。模型中废塑
料颗粒入口管段长0．,25 m，风口到结合处距离为
0．3 m 。
塑料颗粒
图1 废塑料颗粒气力输送水平输送管道模拟
塑料颗粒
图2 废塑料颗粒气力输送有垂直管段的输送管道模拟图
1．1．2 网格划分
本文用Fluent对Eulerian模型按照计算要求进
行网格划分。采用Gambit2．1．6对所计算的几何区
域采用1 mm 的四面体划分网格系统。
1．2 边界条件
人口空气速度垂直于所在的面，视为稳定流动
(normal speed)。设两种管路的模型中入口风速均
沿水平Z方向；入口废塑料颗粒速度垂直于所在的
收稿日期：2010～03—15
作者简介：孙永宁(1979一)，男，工程师。电话：I3951689687
20 现代冶金 第38卷
面，视为稳定的流动(normal speed)，设水平管模型
和有垂直管段的模型中废塑料人口速度沿水平X方
向。废塑料颗粒直径为3 mm。
1．3 数学模型
本文采用是方程、e方程，与动量方程、连续方程
一起构成了基本控制方程组。
流体的连续方程
言( )+ ·(a ) 0 (1)
固体的连续方程
o( )+ ·(a
sp Vs)：==0 (2)
气相动量守恒方程
专( )+ ·( l， ’， )一
一 VP+ · +R +口 (F +Ft以 ) (3)
固相动量守恒方程
言( )+ ’( l， )一一a,Vp—Vp +
·rJ+a g+ R + OrsPs(F +F ， ) (4)
气固相间作用力
R 一K (’， 一，， ) (5)
志方程
P豢+lD 十 puj a, a Fi +十 )J一 差J]+十
考(考+蓑)一．oe c6
￡方程
P害+十 毫一 毒[l(I +十 )J一 蠹J]+十
考(I 荔+十 差)』 一 z』D T (¨7
式中 ，a's标识气相和固相拟流体的密度的体积
份额，文中下标g和 分别表示气相、固相；ID和’，为
密度和速度向量；r为剪切应力；F为质量力； m为
升力；气固动量交换系数本文选用Schiller and Nau—
mann模型，定义为
K = —3a, CoRe,％ (8)
式中C。为阻力系数。
f Re≤1 00o
一{L 0 R ：ouu (9)
． 44 一～
式中Re为相对雷诺数。
2 计算结果与分析
2．1 输送管中各个位置的颗粒速度值
图3是管径36 mm 的水平输送管中颗粒粒径为
3 mm、堆积密度为170 kg／m。的废塑料PE在进口
空气速度为10 m／s、给料速度为4 m／s、给料体积占
有率为0．2时的速度分布。
在废塑料气力输送过程中，人口颗粒速度低于
人／=1气体速度。由图3中可以看到，水平输送过程
中，从颗粒与输送气体接触到颗粒与输送气体形成
稳定输送流可以大致分为加速段和恒速段。由于在
快速加速段颗粒速度上升很快，相应的平均颗粒体
积分率下降也较快；随后随着颗粒速度增加的减缓 ，
平均颗粒体积分率下降减慢；达到恒速段后，颗粒速
度几乎不再变化，颗粒体积分率也基本为一定值。
图4为36 mm有垂直管段的输送管中颗粒粒径
为3 mm、堆积密度为170 kg／m。的废塑料PE在进
口空气速度为8 m／s、给料速度为4 m／s、给料体积占
有率为0．2时的速度分布。
当颗粒到达管垂直上升段时，颗粒向上运动克
服重力做功，速度下降；进入垂直下降段时，颗粒在
重力作用下加速。当颗粒穿过垂直管断后，随着管长
地增加，气体对颗粒的曳力与管壁的摩擦力相平衡，
颗粒加速度逐渐降为零，达到恒速输送。由于在快速
加速段颗粒速度上升很快，相应的平均颗粒体积分
率下降也较快；随后随着颗粒速度增加的减缓，平均
颗粒体积分率下降减慢；达到恒速段后，颗粒速度几
乎不再变化，颗粒体积分率也基本为一定值。
由上分析可知，在气力输送过程中，一方面气体
推动颗粒运动，另一方面，颗粒又反过来影响气体的
运动，二者相互影响，双向结合。
∞
●
目
图3 PE颗粒在管径36 mm 的水平输送管中的速度分布
第6期 孙永宁，等：气力输送废塑料的数值模拟研究 21
呐
●
g
嘲
图4 PE颗粒在管径36 mm有垂直管段的在输送管中
的速度分布
2．2 进口空气速度对颗粒速度的影响
图5为36 mm 的水平输送管、45 mm 的水平输
送管和36 mm 有垂直管段的输送管中颗粒粒径为
3 mill、堆积密度为170 kg／m。的废塑料PE和45 mm
有垂直管段的输送管中颗粒粒径为3 mm、堆积密度
为200 kg／m。的混料在给料速度为4 m／s、给料体积
占有率为o．2时颗粒平均速度随入口空气速度的变
化图。
由图5可以看出，废塑料颗粒的平均速度随着
入口空气速度的增大而增大。这是由于空气的速度
越大，空气提供给颗粒的动能就越大，在输送管内能
够做悬浮运动的颗粒越多，所以颗粒的平均速度就
越大，管径为45 mm输送管中的颗粒平均速度比管
径为36 mm 的输送管中颗粒平均速度大。
，
们
●
g
一
＼
S
1；卜
醛
图5 不同输送管中废塑料颗粒的平均速度随进口空气
速度的变化图
2．3 颗粒粒径、堆积密度和给料体积占有率对颗粒
平均速度的影响
图6是管径为36 mm 和45 mm有垂直管段的输
送管中废塑料PE，在进口空气速度为10 m／s、给料
速度为4 m／s、给料体积占有率为0．2时不同粒径下
颗粒平均速度的值。由图6中可以看出废塑料颗粒
PE 随着颗粒粒径的增大，颗粒平均速度逐渐的减
小。
g-．
∞
●
g
一
＼
氍
口管径36toni
口管 4 mm
《 羹
5 1O
颗粒粒径／mm
图6 不同输送管中废塑料颗粒PE在不同粒径下颗粒平
均速度的值
图7为36 mm 的水平输送管中不同堆积密度下
各废塑料颗粒在输送管道中的平均速度值。由图7
中可以看出，在同样的风速10 m／s、同样的给料速度
4 m／s、给料体积占有率为0．2、同样的粒径3 mm
时，堆积密度不同，废塑料颗粒的平均速度也不同，
堆积密度越大，颗粒的平均速度越小。
∽
●
吕
一
＼
1
醛
空气速度／(m· )
图7 36 mm 的水平输送管不同堆积密度下颗粒
速度的值
图8为45 mm有垂直管段的输送管中颗粒粒径
为3 mm、堆积密度为200 kg／m。的混料在给料速度
，
∞
●
皇
一
＼
匿
图8 ,I5 mm 有垂直管段的输送管中混料颗粒平均速度
随给料体积占有率的变化图
0 5 O 5 O 5 O
3 2 2 l l 0
22 现代冶金 第38卷
为4 m／s、进口空气速度为10 m／s时，混料的颗粒平
均速度随给料体积占有率(o．2～o．5)的变化图。由
图8中可以看出，随着给料体积占有率的增大，混料
的颗粒平均速度不断的增大。这主要由于随着给料
体积率的增大，固气比减小，由空气提供给颗粒的能
量增大，颗粒的速度也就有所增加，故随着给料体积
率的增大，混料颗粒的平均速度增大
3 结 论
(1)在一定的条件下，废塑料颗粒的平均速度随
着入口空气速度的增大而增大，且随着颗粒粒径的
增大，废塑料颗粒的平均速度逐渐减小；
(2)堆积密度越大，颗粒的平均速度越小；
(3)随着给料体积率的增大，混料颗粒的平均速
度增大；
(4)在相同条件及人口空气速度相等的条件下，
管径大的输送管中颗粒的平均速度比较大。
参考文献：
[13 张寿荣．炼铁系统节能——我国钢铁工业21世纪技术
进步的重点[J]．钢铁，2005，40(5)：1—4．
[2] 陈聪．高炉节能[J]．科技情报开发与经济，2004，14
(6)：122— 123．
[3] Asanuma M，Ariyama T，Sato M，et a1．Develop—
ment of Waste Plastics Injection Process in Blast Furnace[
J]．ISIJ International，2000，140(3)：244．

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