Подобие параметров продувки

Разработка методики физического моделирования шлакоугольных суспензий представляет собой самостоятельную задачу, которую мож­но подразделить на две части В первой части исследования разра­ботали методику обеспечения динамического подобия при холодном физическом моделировании боковой струйной продувки расплава Во второй - сформулировали условия подобия в поведении мелких ча­стиц угля, взвешенных в турбулентных потоках шлака, а также усло­вия подобия для крупных частиц угля при большой неоднородности их распределения по высоте барботируемой ванны.

Проведение горячего физического моделирования шлакоугольной суспензии практически невозможно При холодном моделировании полное подобие также недостижимо На одной модели сложно имити­ровать все многообразие гидродинамических, тепло- и массообмен­ных процессов, характерных для рассматриваемой технологии. Были сделаны следующие допущения-

1 Из рассмотрения исключили требование соблюдения подобия по критерию Вебера, поскольку в задачу исследования не входило изучение процессов образования и движения капель и пузырей.

2. Исключили также требование соблюдения подобия по критерию Маха, поскольку начальная скорость истечения газа из фурмы в ре­альных условиях значительно меньше 0,8 а (где- скорость звука в газе) и эффектами, вызванными сжимаемостью газа, можно прене­бречь [2].

3. На основании данных [3], из числа определяющих критериев исключили симплекдутья на образ­це, взятый при нормальных условиях;- среднее гидростатическое давление в слое над фурмой;- температура жидкости;

При соблюдении условияполучаем-

Таким образом, рассматриваются два способа, учитывающие эф­фект термического расширения газа при физическом моделировании струйной продувки, с применением критерия Архимеда (10.2) или критерия Фруда ванны (10.3).

Таким образом, формулы (10.5) и (10.6) позволяют рассчитать необхо­димый расход дутья на модели при физическом моделировании донной продувки металлургических расплавов.

мическое подобие при донной струйной продувке на модели и в образце. Таким образом, при моделировании донной продувки расплавов предпо­чтительнее пользоваться методикой, предложенной Д. Мазумдаром.

Однако для использования при физическом моделировании гидро­динамики ванны процесса необходима определенная адаптация мето­дик Сборщикова и Мазумдара.

При боковой струйной продувке расплава термическое расширение газа происходит преимущественно на верхней границе зоны внедрения іаза в жидкость [3], т.е. в «основании» барботажного столба (в начале участка пузырькового шлейфа) На этом участке объем дутья увеличи­вается в 5-6 раз, что приводит к быстрой потере горизонтальной состав­ляющей первоначального импульса. Поэтому траектория термически расширенной струи, в отличие от холодной, претерпевает выше зоны внедрения газа в жидкость более резкий излом Формирующийся на этом участке струи барботажный столб, распространяется вверх практически вертикально, аналогично тому, как это происходит при донной продувке Поскольку при боковой продувке основное вовлечение жидкости в газо­жидкостную смесь происходит именно на участке барботажного столба, применение введенного Д. Мазумдаром критерия Фруца ванны (10.3) в качестве определяющего критерия динамического подобия при прибли­женном моделировании боковой продувки расплавов вполне оправдано.

Заметим, что использование критерияпозволяющего рас­считать величину необходимого расхода дутья на модели, оставляет свободу для выбора диаметра фурмы на модели (как было показано выше, для условий струйной донной продувки роліпо отноше­нию к параметрам циркуляции жидкости нивелируется).

дели не может быть произвольным, или соответствующим геометри­ческому масштабу модели, как это обычно практикуют.

Расчетпровели, исходя из дополнительного требования подо­бия зон бокового ввода газа на модели и в образце Предлагаемый подход заключается в следующем

Критерием подобия при боковой струйной продувке, соблюдение которого обеспечивает подобие фурменных зон модели и образца, яв­ляется критерий Глинкова Gn Использование данного критерия, не учитывающего термическое расширение газа в расплаве, при моде­лировании фурменной зоны допустимо, поскольку термическое рас­ширение газа незначительно влияет на геометрию этой зоны [3, 9] (в отличие ОТ его ВЛИЯНИЯ на циркуляттию жи ПКГЮТИЇ При этом расход дутья на модели, входящий в условш

следует рассчитывать по методике д. мазумдара из условия гг = шет, выполнение которого обеспечивает подобие в циркуляции жидкости в системе (расчет ведется по формуле (10.6)).

Таким образом, в предлагаемом подходе к моделированию продув­ки ванны реактора критерий Gn используется как дополнительный к Fr* критерий динамического подобия, что позволяет определить диа­метр выходного отверстия на модели. Отметим, что часто применяе­мое геометрическое подобие диаметра фурм на образце и модели в нашем случае использовать невозможно, поскольку при значитель­ном уменьшении модели начальная скорость дутья становится сверх­звуковой, а число Gn для продувки на модели почти на два порядка

откуда, пренебрегая отличием гидростатического давления слоя на модели от атмосферного, получим:

Таким образом, при физическом моделировании боковой продувки шлаковой ванны реактора необходимо соблюдение условий.

- геометрического подобия:■ линейные параметры печи и

шлаковой ванны, кроме диаметра фурм, который рассчитывается по предложенному выше способу;- базовый размер);

- динамического подобия'

10.2.