《鐵礦粉流態化還原反應流的變尺度離散模擬方法》是依託重慶大學，由鄭忠擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：鐵礦粉流態化還原反應流的變尺度離散模擬方法
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：鄭忠
- 依託單位：重慶大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
針對鐵礦粉流態化還原反應流模擬問題，提出一種以微觀（介觀）氣體粒子-固體顆粒相互作用和系統演化規則來統一模擬巨觀氣-固相間的流動、傳質、傳熱和化學反應綜合過程的變尺度離散模擬方法。模型系統的氣體粒子和固體顆粒運動在有整數倍關係的不同尺度空間；通過對氣固兩相反應流巨觀物理化學行為和微觀（介觀）運動物理本質的分析，設定氣體粒子的不同屬性來描述不同還原氣體及產物氣體，設計反應影響參數的閾值條件、粒子能級的屬性、以及鐵礦粉流態化還原反應流中氣體粒子與固體顆粒的碰撞作用規則和系統的自組織演化機制；用氣體粒子-固體顆粒的類型、動量和能級的統計結果來反映氣固兩相反應流的巨觀物理化學特徵。建立鐵礦粉流態化還原反應流的變尺度離散模型，進行模擬研究和實驗測試，揭示過程的本質特徵及傳輸和反應耦合機制。項目研究將為流態化模擬方法、冶金反應工程學及相關學科發展提供新思路，為FINEX等冶金新工藝技術發展奠定基礎
結題摘要
鐵礦粉流態化直接還原工藝具有經濟、節能和環保的優勢，已發展成為一種重要的非高爐煉鐵工藝。研究該工藝中所涉及的鐵礦粉反應流相關問題，對於認識工藝過程本質，指導工藝完善與套用具有重要的學術意義。 因此，通過對鐵礦粉氣固兩相流態化還原過程涉及的流動、傳熱等多種傳輸現象與化學反應綜合過程的巨觀行為及其微觀物理本質的跨層次分析，運用元胞自動機思想及格子氣理論，基於質量、動量和能量守恆的基本原則，提出一種以微觀(介觀)氣體粒子-固體顆粒相互作用和系統演化規則來模擬巨觀氣-固相間傳輸和化學反應綜合過程的變尺度離散模擬方法。建立綜合描述氣固兩相的多物質、單速多能、化學反應元胞自動機模型，基於可調控的規則演化和統計計算得到既有氣固相間介觀作用細節又符合巨觀性質特徵的數值模擬結果。 通過典型多圓柱繞流的表面傳熱、一級反應動力學和氣固未反應核等過程模擬，驗證了所建立模型的可行性和有效性。設計多孔介質生成算法來表征介觀尺度下固相複雜結構及過程形態變化；研究氣相反應物與產物粒子在固體顆粒表面及內部複雜結構中的流動、傳熱和化學反應的作用原理，揭示了氣固相反應過程的本質特徵及傳輸和反應過程的耦合機制。基於微型流化床分析儀，研究鐵氧化物及鐵礦粉在不同CO及H2還原氣濃度及組成、不同溫度的多步還原動力學特性及規律，運用SPSS數學分析工具，建立了表征鐵氧化物流態化多步還原過程的動力學參數與還原條件(如溫度，氣體濃度)之間的定性或定量關係。對鐵礦粉單顆粒的流態化還原過程、簡化的填充床及流化床系統的還原過程模擬研究得到複雜氣固相反應流的變化規律，說明所建立的離散模型可以描述鐵礦粉氣固反應流過程的巨觀特徵，更能表征氣固相間的微觀作用，而且具有並行快捷、絕對數值穩定、易於過程調控的優點。因此，離散模型的建立為氣固兩相流模擬研究提供了一種新手段，也為相關學科發展提供新思路，為FINEX等冶金新工藝技術研發奠定理論基礎。
