使用新的相互关系和数学模型预测填充床系统中空腔的尺寸

摘要

本发明涉及填充床系统中空腔的尺寸预测，其中使用新的相互关系和数学模型，更详细地讲，使用根据描述空腔尺寸和滞后现象的空腔相互关系，基于一维数学模型的分析求解而研究出的简化方程式，给出了预测空腔尺寸的一般方法，这种方法可以应用于任何填充床系统中，例如高炉、熔铁炉、熔融还原炼铁炉、催化回热炉等，而且可以在微粒摩擦特性已知时很好地体现其他研究者的数据。

主权项

1.一种基于计算机的方法，用于使用相互关系或数学模型来确定填充床系统中的空腔尺寸，所述方法包括步骤：a).获得与填充床系统的材料特性相关的数据；b).使用引入应力/摩擦力的数学模型，分别计算气体速率上升和气体速率下降时的空腔半径，用公式表示为：${2\mathrm{nR}}^2-2\mathrm{nHR}+\frac{\mathrm{pr\beta }{v}_b^2{D}_T^2}{2{\pi }^{2}M}\{\ln \frac{W}{2\pi }-\ln (R-\frac{D_T}{2\pi }\}+(\frac{2r_o}{\mathrm{M\pi }}(\alpha +{\mathrm{\beta v}}_H)v_H(H-r_o)-\frac{F_{\mathrm{wd}}}{\mathrm{M\pi }})=0$(29)和$2{\mathrm{nR}}^2-2\mathrm{nHR}+\frac{\mathrm{pr\beta }{v}_b^2{D}_T^2}{2{\pi }^{2}M}\{\ln \frac{W}{2\pi }-\ln (R-\frac{D_T}{2\pi }\}+(\frac{{2r}_o}{\mathrm{M\pi }}(\alpha +\beta v_H)v_H(H-r_o)+\frac{F_{\mathrm{wd}}}{\mathrm{M\pi }})=0$(28)或者使用基于相互关系的数学方程式，分别计算气体速率上升和气体速率下降时的空腔半径，用公式表示为：$\frac{D_r}{D_T}=4.2{\left(\frac{{\rho }_g{v}_b^2{D}_T}{{\rho }_{\mathrm{eff}}g{d}_{\mathrm{eff}}W}\right)}^{0.6}{\left(\frac{D_T}{H}\right)}^{-0.12}{\left({\mu }_w\right)}^{-0.24}$(36)$\frac{D_r}{D_T}=164{\left(\frac{{\rho }_g{v}_b^2{D}_T^2}{{\rho }_{\mathrm{eff}}g{d}_{\mathrm{eff}}\mathrm{HW}}\right)}^{0.80}{\left({\mu }_w\right)}^{-0.25}$(33)和c).使用步骤b中得到的空腔半径计算空腔尺寸，其中的符号是高炉半径W，鼓风速率v_b，风口开口D_T，空隙分数ε，气体粘度μ_g，粒子尺寸d_p，形状因子φ_s，气体密度ρ_g，固体密度ρ_s，有效床高H，壁的摩擦系数μ_w，重力加速度g，粒子的有效直径由d_eff＝d_pφ_s给出，床的有效密度由ρ_eff＝ερ_g+(1-ε)ρ_s给出，壁粒子的摩擦系数由μ_w＝tanφ_w给出，这里，φ_w是壁和粒子之间摩擦力的角度，D_r是空腔直径，R是空腔半径，$\alpha =\frac{150{(1-ϵ)}^2{\mu }_g}{{ϵ}^3{\phi }_s^2{d}_p^2}$与$\beta =\frac{1.75(1-ϵ){\rho }_g}{{ϵ}^3{\phi }_s{d}_p}$为常数，v_H＝v_bD_T/W且r₀＝(W+D_T)/2π，C＝2μ_wK/W，K＝((1-sinφ)/(1+sinφ))为侧压系数；φ是内摩擦角，所有单位都使用国际标准单位制。