Исследование динамики газовой струи при истечении в расплав методом моделирования

Страницы работы

6 страниц (Word-файл)

Содержание работы

                                                               

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова

(технический университет)

Отчёт по лабораторной работе.
По дисциплине:               Пирометаллургическое оборудование.                                                                                 

(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

Тема: Исследование динамики газовой струи при истечении в расплав методом моделирования.

Выполнил: студент  гр. АПМ-03     ______________    /Никифоров М.Н./

                                                                                                     (подпись)                                  (Ф.И.О.)  

ПРОВЕРИЛ:

Руководитель:                                     ____________         /Горленков Д.В./

                                                                                                      (подпись)                                   (Ф.И.О.)

Санкт-Петербург                                 

2006 год.

Цель работы: показать практическое применение метода моделирования для изучения динамики газовой струи при истечении ее в расплав.

Теоретические сведения.

Во многих металлургических процессах встречается подача газа в виде струй в слой расплава. К таким процессам откосят­ся конвертирование штейнов, фьюмингование; огневое рафинирова­ние, новый процесс - плавка с погруженным факелом и ряд других. Во всех этих случаях условия протекания процесса, механизм его массообмена и теплообмена в слое расплава во многом определя­ются динамическими характеристиками газовой струи, поступаю­щей в расплав.

Рассмотрим наиболее типичный случай процесса, протекав­шего при струйной подаче дутья в слой расплава, - работу горизонтального конвертера.

Из схемы работы конвертера видно, что размещение зон физико-химических и тепловых процессов, условия циркуля­ции ванны, условия службы огнеупорной кладки определяются динамикой газовой (в данном случае воздушной) струи, поступающей в конвертер.

Наиболее важной характеристикой струи для варианта погру­женной подачи дутья является величина осевого проникновения струи в расплав. Теоретическим путем определить эту величину не представляется возможным, так как нет математического урав­нения, описывающего закономерности распространения газовой струи в слое жидкости. Непосредственные замеры в струе в ван­не конвертера также выполнить невозможно из-за недоступности струйного участка для наблюдений.

Единственным методом, с помощью которого можно подучить представление о закономерностях распространения газовой струи в слое расплава, является метод моделирования.

Проникновение газовой струи в слой жидкости при погруженной подаче дутья определяется в основном соотношением сил инерции струи и сил всплытия газового факела из глубины слоя жидкости. В качестве безразмерной величины, характеризующей это соотношение, используют критерий Архимеда. 

В качестве безразмерной величины, характеризующей это соотношение, академик М.В.Кирпичев предложил использовать вариант критерия гидромеханического подобия, названный критерием А.

При высоких скоростях истечения газа, которые наблюдаются в фурмах конвертеров, процесс истечения газа можно рассматривать как адиабатический, пренебрегая теплообменом между струей и окружающим пространством.


Схема установки.

1. Модель

2. Средний уровень ванны

3. Выходное отверстие

4. Фурменное устройство

5. Диафрагма

6. Воздуходувка

7. Клапан

8. Зажим

9. Манометр

Расчетные формулы:

Теоретическое количество воздуха через отверстие 3:

.

Практический расход воздуха:

Критерий Архимеда для :

.

Критерий проникающей способности струи:

.

Осевое проникновение воздушной струи в слой штейна:

.

Результаты измерений и вычислений:

измерено

вычислено

P, мм вд ст

∆Н, мм вд ст

Vпр, м3

Vтеор, м3

φ

1

100

45

0,0057

0,0049

1,17

2

150

61

0,0066

0,0060

1,11

3

200

88

0,0080

0,0069

1,15

4

250

110

0,0089

0,0077

1,15

5

300

132

0,0098

0,0085

1,15

среднее

1,15

давление P, мм вд ст

противодавление H, мм вд ст

проникновение струи L, мм

критерий Архимеда

ω

1

200

80

55

45,10

0,35

2

300

75

82,68

0,26

3

450

90

139,06

0,18

4

500

95

157,85

0,17

5

600

100

195,43

0,15

Пример расчета:

Практический расход воздуха через отверстие:    

 (м3/с).

2),  (кг/м3).  

(Па).

Теоретическое количество воздуха:  

 (м3/с).

.

Критерий Архимеда: .

Критерий проникающей способности струи: .


График зависимости

График зависимости критерия Архимеда от давления



Зависимость проникновения струи от давления

Вывод: для изучения динамики газовой струи при истечении её в расплав был применён метод моделирования; были изучены методика метода и последовательность действий при его выполнении; результаты опыта вполне удовлетворяют задачам и требованиям для выполнения работы.

Похожие материалы

Информация о работе