УрФУ им. первого Президента России Б. Н. Ельцина, Екатеринбург, Россия:

Никулин В. А., кафедра машин и аппаратов химических производств, канд. техн. наук, доцент

Морданов С. В., кафедра машин и аппаратов химических производств, ст. преподаватель

+Сыромятников С. Н., кафедра машин и аппаратов химических производств, канд. физ.-мат. наук, доцент

Матюхин В. И., кафедра теплофизики и информатики в металлургии, канд. техн. наук, доцент, эл. почта: matyhin53@mail.ru

Матюхин О. В., кафедра теплофизики и информатики в металлургии, канд. техн. наук, доцент

Для исследования гидродинамических процессов в горизонтальном конвертере использовали данные его физического моделирования с применением методики конечных элементов для решения задач течения жидкостей. Для описания двухфазной среды при продувке жидкости применяли модель Эйлера, позволяющую повысить устойчивость решения при сложном объемном распределении фаз и бесконечном взаиморастворении. Используя уравнение Навье – Стокса, создали модели турбулентностей для отдельных неизвестных переменных на основе двухпараметрических уравнений, позволяющих определить турбулентную скорость и масштаб длины турбулентных пульсаций. Рассматривая уравнения изменения кинетической энергии и скорости диссипации массы фаз, авторы установили закономерности формирования вихревой вязкости потоков с учетом сложности их распределения в объеме. Проверку адекватности модели реальным процессам проводили на основе экспериментальных данных физического моделирования гидродинамики продувки ванны горизонтального конвертера. Установленные закономерности формирования полей плотностей водовоздушной смеси в объеме агрегата, скоростей воды и воздуха показали, что наиболее интенсивное движение воздушных масс в барботируемой ванне при заданных условиях расчета происходит вблизи стенки аппарата в зоне, расположенной непосредственно над входными сечениями струй. При этом наибольшему струйному воздействию подвергается поверхностная зона стенки конвертера, расположенная на 50–80 мм выше уровня входных воздушных сопел. Для уменьшения воздействия зоны турбулентности на реальном конвертере было предложено использование локального кессонирования части его корпуса по всей длине для формирования на внутренней поверхности футеровки шлакового гарнисажа. Созданная математическая модель в дальнейшем может быть модернизирована с учетом явлений тепло- и массопереноса, имеющих место в промышленном оборудовании.

1. Pozrikidis C. Fluid Dynamics: Theory, Computation and Numerical Simulation. — New York : NY: Springer, 2009.
2. Kolev N. I. Multiphase Flow Dynamics 1: Fundamentals. — Berlin : Springer, 2005.
3. Marshall E. M., Bakker A. Computational Fluid Mixing. — Lebanon, New Hampshire : John Wiley and Sons, 2003.
4. Guan H. Y., Tu J. Computational Techniques for Multi-Phase Flows. — Oxford : Butterworth-Heinemann, 2010.
5. Ansorge R. Mathematical Models of Fluid dynamics: Modelling, Theory, Basic Numerical Facts — An In troduction. — Wienheim : WILEY-VCH, 2003.
6. Хинце И. О. Турбулентность, ее механизм и теория : пер. с англ. О. В. Яковлевского / под ред. Г. Н. Абрамовича. — М. : Физматгиз, 1963.
7. Wilcox D. C. Turbulence Modeling for CFD. — San Diego, California : DCW Industries, 2006.
8. Launder B. C., Spalding D. B. Lectures in Mathematical in Models of Turbulence. — London : Academic Press, 1972.
9. Cebeci T. Turbulence Models and Their Applications. — Long Beach, California : Horizons Publishing, 2004.