高炉煤气减压阀数值模拟

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中图分类号： TH138；TK037 文献标识码 ： A doi：10.3969/j.issn.1005-0329.2013.O1.009Numerical Simulation of Pressure Reducing Valve Used for Blast Furnace GasYANG lin-mei，XING Fu-tang(Wuhan University of Science and Technology，Wuhan 43008 1，China)Abstract： A new practical blast furnace gas valve is studied，three-dimensional steady-state turbulence model is established。

Numerical analysis by ANSYS CFX utility model of blast furnace gas valve internal flow field，velocity field and pressure field arecreated，provides a theoretical basis for structural optimization of the valve。

Key words： blast furnace gas；pressure reducing valve；dry dusting；numerical simulation1 高炉煤气减压阀结构高炉煤气干法除尘是近几年国内外普遍采用的-种高炉煤气净化工艺，干法除尘与湿法除尘相比，具有节水、省电，TRT出力大等优点。但经过干法除尘后的减压阀组产生的噪声将大于经过湿法除尘后的噪声，根据-些工程的实测数据，同级别的高炉，噪声将达 10～30dB。同时由于干法除尘是干煤气，给噪声的消除带来很大的难度 叫 。

现高炉煤气无论采用干法除尘或湿法除尘工艺，在 TRT不工作时，都通过 TRT的静叶转为减压阀组来调节和控制炉顶压力。由于此系统安全、可靠，所以-直沿用至今。但是目前的减压阀组还存在很多的缺点，比如减压阀组的调节元件为阀板，其气流不均匀，在将高压的气体降为低压气体时，所产生的噪声很大；或者由于气流的扰动大，引起的管道的振动大；当采用半静煤气放散时，减压阀组的磨损大，其泄漏率增大，因而减少了TRT的发电量。当前，企业为了解决减压阀组收稿日期： 2012-06-15 修稿日期： 2012-08-04的噪声(加隔声罩和消声器以及管道外消声材料包扎)和管道振动，投入的资金较大，而降噪的效果不佳。

某种实用新型高炉煤气减压阀目前用于钢铁冶金联合企业中高炉煤气的干法(湿法)除尘系统，其结构如图1所示 。

管道图 1 实用新型减压阀的结构示意从图可见，新型减压阀结构主要包括阀体和阀芯，阀芯位于阀体的空腔内，阀体的进 口端、出口端分别设置有用于管道连接的法兰；其特征在于 ：阀体上靠近阀体的进 口端的部位为环形内凹42 FLUID MACHINERY Vo1.41，No.1，2013部，阀芯为双锥体；阀芯的-端与第-连杆的-端固定连接，第-连杆的另-端部与曲柄机构的曲柄的-端部铰接，曲柄机构的旋转轴的-端穿过阀体上的旋转轴孔位于阀体外；阀芯的另-端与滑动轴的-端固定连接，滑动轴的另-端穿过轴套，轴套位于阀体的进口端部内，轴套由支撑架与阀体固定连接。当高炉煤气超过-定压力强度时，气流推动阀芯向出口方向移动，气体从减压阀进口进入到阀体内，压力得到释放；当压力减小时，曲柄又推动阀芯向减压阀进口方向移动直到减压阀进口成为封闭状态，以此来达到减压的目的。

此实用新型的减压阀用于目前钢铁冶金联合企业中高炉煤气的干法(湿法)除尘系统中，其主要任务是在调节(在 TRT不工作时)高炉顶压的前提下，达到降噪、减少管道振动，使管网运行更安全的目的。

本文以此新型实用减压阀为研究对象，建立湍流数值模型，研究减压阀内的速度与压力分布情况。

2 数值计算模型及方法2.1 几何模型的建立为了对减压阀内的流厨行分析，现采用ANSYS CFX的绘图软件进行建模，建立了从减压阀气体进口到气体出口的全流场三维模型，选取比较恰当地湍流模型，同时设定了相应的边界条件。在此基础上，运用 CFD软件对该高炉煤气减压阀内的三维全流厨行定常的湍流流动数值计算。为了更加方便且不影响模拟结果，在建立模型时，曲柄机构被忽略。阀体长为0.25m，最大直径为0.125m，几何模型如图2所示。其中减压阀内的气体为焦炉煤气，其成分与含量分别为：CH(0.5%)，CO(25%)，CO2(15%)，H2(2%)，N2(57%)，O，(0.5%)，流体属性为连续流体。

图 2 高炉煤气减压阀几何模型2.2 计算机模型的网格划分模型采用非结构化的四面体单元来分块划分网格，划分为两个区域，阀芯为实体域，剩下的为流体域。左侧的进口截面为计算区域的进 口，右侧的出口截面为计算区域的出口。

2.3 分析类型与计算域此模拟采用稳态模型，计算域类型为流体域 ，参考压力为 1atm。

2.4 物理模型传热模型为恒温模型，温度设定为 135C；湍流模型选为 Shear Stress Transport，并用标准的壁面函数修正。

k-e模型不能很准确的预测湍流的开始，而基于 SST模型的 k-CO模型却可以很好的解决这些问题 ，SST模型特别适用于要求高精度边界层的模拟。基于 SST模型的 k-CO方程考虑了湍流剪切应力的传输 ，可以精确的预测流动的开始 和负压力梯 度条件下流体 的分离量。

SST模型的最大优点就在于考虑了湍流剪切应力，从而不会对涡流黏度造成过度预测 J。其传输行 为可 由包含限制数 的涡流黏度方程求得：盎而 且 /2 /p (2)式中 F ---个混合函数，其功能与F。相同，对于存在不合适假设的自由剪切流，次数用来约束壁面层的限制数5--应变率的-个定估算值混合函数对模型的成功起着至关重要的作用，其公式与流体变量和壁面函数距离有关。

其值为：Fltanh(arg4 ) (3)其中ars -min[max( ， )， 4 pk (4)CD maxf 2p - ，1.0×10I1。)F2 tanh(arg2)arsz x( ， )式中 y--到最近壁面的距离- - 运动粘度(5)(6)(7)2013年第 4l卷第 1期 流 体 机 械 87用广泛，但与空气源热泵或其他形式的热水系统相比，土壤源热泵热水系统经济效益显著，节能减排效果明显 ，引入合 同能源管理模式对湖南拾其周边地区的高校中应用土壤源热泵热水系统的项 目具有-定的示范作用 ，垂直式土壤源热泵热水系统在全国具有很大的推广和应用前景。