CN117828797A - 一种侧吹转炉水冷活动烟罩设计方法及冷却系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种侧吹转炉水冷活动烟罩设计方法及冷却系统，方法包括：根据传热学中的经验公式评估对流换热系数，根据对流换热系数对水冷活动烟罩的加热量进行评估；使用对流换热系数，采用热流固耦合方法对水冷活动烟罩进行计算机模拟；基于获取的对流换热系数，确定冷却水流量及初始温度，给出不同的管路布局；重复计算机模拟，获得相同冷却水流量及初始温度下的最优管路布局；同时，得到管路布局的输出参数，根据循环的流量和水冷烟罩的进口压强，确认配套系统中主泵或备用泵的流量和扬程两个关键参数。系统包括加热量评估模块、计算机模拟模块、管路布设模块。本发明可以更准确、高效地确定冷却水的需求和管路布局。

Description

一种侧吹转炉水冷活动烟罩设计方法及冷却系统
技术领域
本发明涉及冶金设备技术领域，尤其涉及一种侧吹转炉水冷活动烟罩设计方法及冷却系统。
背景技术
卧式侧吹转炉，又称为PS转炉(以下简称转炉)是用于铜、镍冶炼的关键设备。转炉由于其工艺成熟可靠、设备和操作简单稳定、脱杂性能出色、投资和生产成本低等突出优点已经被国内外的冶炼厂广泛应用。在转炉常规吹炼工艺中，烟气由内层固定烟罩收集，经过一系列处理设备后进入收尘车间，最终进入硫酸厂制酸。然而，在摇炉过程中，转炉转过一定的角度导致炉口偏离内层固定烟罩。此状态下，烟气通过外层环保烟罩收集，这会降低烟气的捕集率降低，部分含酸烟气发生逸散，恶化了生产环境、危害作业人员职业健康。
现有的集烟设备，主要由内层固定烟罩和外层环保烟罩组成。为了实现加料，在内层烟罩上设置有加料口。由于加料口联通内外层烟罩，为避免吹炼作业时内层烟罩的烟气由加料口泄露到外层烟罩，内层烟罩上设置有活动烟罩。活动烟罩可沿内层烟罩的导轨上下滑动，在常规吹炼作业时封闭进料口，而在摇炉加料过程中打开加料口。如定义转炉在常规吹炼时角度为0°，逆时针旋转角度为负，则摇炉过程中转炉角度范围在0°～-60°。在摇炉开始时，转炉转到-45°位置，风口从浸没在熔体下方逐渐抬升，在确认风口转到熔体液面上方后，风口进风阀门关闭。随后，转炉逆时针旋转15°到达-60°位置进行加料。上述摇炉过程称为摇出，在该阶段，活动烟罩处于上限位打开状态，大部分烟气被环保烟罩收集。加料完毕后，摇入过程开始。首先将转炉顺时针旋转15°，此时要先打开风口阀门以建立足够的风压，避免熔体倒灌到进风管道发生事故。建立风压的过程约持续15s，该过程从转炉内部持续向外鼓风，会产生大量烟气。随后，继续旋转转炉，风口逐渐浸没到熔体液面以下。通常而言，为了避免倒灌事故发生，风口出产生的风压往往很大，液面下方的高温熔体会被高速气流裹挟，产生严重的飞溅并和烟气一同从炉口喷出。飞溅的熔体极易和活动烟罩粘连，形成大面积的结块凸起，在活动烟罩运动过程中，会撞坏固定烟罩。因此，处于安全考虑，在摇出过程会将活动烟罩置于上限位。这也意味着大量的烟气和熔体喷入到外层烟罩。
综上，现有的烟气捕集系统无法有效处理摇炉过程中产生的大量烟气和飞溅的熔体，导致大量的烟气和熔体进入环保烟罩，并向外部环境逸散。而由于烟气中含有SO2、粉尘、铅尘、砷尘等，会恶化作业环境、危害作业人员健康。同时，大量的烟气通过外层烟罩进入后续除尘和脱硫等环保工艺，也会大幅增加生产成本。
现有技术一，申请号：202320188312.4公开了一种转炉烟气过滤器、转炉烟气净化系统，包括：壳体，壳体形成有安装空间、进气口和排气口；孔板，设置于安装空间内，以将安装空间分隔出排气腔和过滤腔，进气口连通于过滤腔，排气口连通于排气腔，孔板形成有连接孔；限位组件，设置于过滤腔内；滤筒的一端通过孔板进行约束，滤筒的另一端通过设置在安装空间内的限位组件进行约束，使滤筒能够相对壳体固定，在烟气通过进气口进入过滤腔时，避免烟气产生的冲击力使滤筒晃动，降低了滤筒损坏的可能性；虽然提高了滤筒的安装稳定性，延长滤筒使用寿命，并能够为转炉烟气过滤器的过滤精度提供保障。但是无法有效处理摇炉过程中产生的大量烟气和飞溅的熔体，导致大量的烟气和熔体进入环保烟罩，并向外部环境逸散。
现有技术二，申请号：202310021467.3公开了一种转炉烟气回收方法及系统，系统包括：第一回收杯阀、放散杯阀及第二回收杯阀；方法包括：当转炉开始冶炼时，获取烟气中的O2浓度和CO浓度；根据烟气中的O2和CO浓度对应控制第一回收杯阀、放散杯阀以及第二回收杯阀的开关状态，以对不同浓度的烟气进行分级回收；其中，第一回收杯阀用于回收高CO浓度的烟气，第二回收杯阀用于回收低CO浓度的烟气，放散阀用于放散高O2浓度的烟气；如此，虽然在转炉冶炼的不同阶段，可根据烟气中的O2浓度和CO浓度对不同浓度CO的转炉烟气进行分级回收，避免能源浪费；同时也可避免混合回收不同浓度CO的转炉烟气带来的安全隐患。但是无法对烟气中SO2、粉尘、铅尘、砷尘等进行处理，导致烟气处理效率较差。
现有技术三，申请号：202310646433.3公开了一种转炉烟气回收方法和系统，方法包括：检测以及统计转炉不同冶炼起始温度、不同铁水条件下各时段烟气中富裕氧量，确定并输出对应的喷粉模型；在转炉开吹后按喷粉模型向烟道内进行喷粉操作；根据当前的供氧流量和烟气回收全部路径总体积确定烟气回收开始时间，并在转炉开吹且到达回收开始时间后进行煤气回收操作。虽然通过在对转炉不同冶炼起始温度、不同铁水条件下各时段烟气富裕氧量进行统计，确定起始温度、条件下喷粉模型，根据供氧流量和烟气回收全部路径总体积确定烟气回收开始时间；在转炉开吹后开始按喷粉模型向烟道内喷粉，提高冶炼过程烟气回收效率，并可提高烟气中CO含量，对降本增效和减少外排意义重大。但是大量的烟气通过外层烟罩进入后续除尘和脱硫等环保工艺，也会大幅增加生产成本。
目前现有技术一、现有技术二及现有技术三存在现有的烟气捕集系统无法有效处理摇炉过程中产生的大量烟气和飞溅的熔体，导致大量的烟气和熔体进入环保烟罩，并向外部环境逸散；同时，大量的烟气通过外层烟罩进入后续除尘和脱硫等环保工艺，也会大幅增加生产成本的问题。因而，本发明提供一种侧吹转炉水冷活动烟罩设计方法及冷却系统，旨在设计出性能优良的水冷活动烟罩，以解决摇炉过程中炉口喷出的高温熔体和活动烟罩的粘结问题，使得经过冷却降温的活动烟罩不和高温熔体粘结。基于此，活动烟罩可以在摇炉过程中处于下限位，有效封闭内层烟罩的进料口、避免大量烟气进入到外层环保烟罩，从而有效减轻环境污染、降低环保系统处理烟气的负担。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种侧吹转炉水冷活动烟罩设计方法及冷却系统，以解决现有技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种侧吹转炉水冷活动烟罩设计方法，所述侧吹转炉水冷活动烟罩设计方法包括：
根据传热学中的经验公式评估对流换热系数，根据对流换热系数对水冷活动烟罩的加热量进行评估；其中，受热面在摇炉过程中受到转炉中排出气流的高温冲刷，换热模式以对流换热为主；
使用对流换热系数，采用热流固耦合方法对水冷活动烟罩进行计算机模拟；
基于获取的对流换热系数，确定冷却水流量及初始温度，给出不同的管路布局；重复计算机模拟，获得相同冷却水流量及初始温度下的最优管路布局；同时，得到管路布局的输出参数，根据循环的流量和水冷烟罩的进口压强，确认配套系统中主泵或备用泵的流量和扬程两个关键参数。
作为本发明的进一步改进，经验公式包括：
Nu＝CRenPr1/3 (3)
其中，C和n为常数，分别取值为0.228和0.731.Re表示雷诺数，Pr表示普朗特数，Nu表示努塞尔数，v表示转炉出口烟气冲击水冷密封小车的速度，L表示特征长度，μ表示流体的动力粘度，CP表示比热容，λ表示导热系数，h表示对流换热系数；结合公式(1)、(2)、(3)、(4)计算得到对流换热系数h。
作为本发明的进一步改进，对流换热系数h的计算过程包括：
步骤一，确定流体的物性参数，首先，确定流体的密度ρ、流体的动力粘度μ、比热容CP和导热系数λ，参数通过流体的物性数据手册或实验测量得到；
步骤二，计算雷诺数Re和普朗特数Pr，使用公式(1)计算雷诺数Re，公式中v表示转炉出口烟气冲击水冷密封小车的速度，L表示特征长度；根据具体情况，确定v和L的数值；然后使用公式(2)计算普朗特数Pr，公式中CP表示比热容，μ表示动力粘度；
步骤三，计算努塞尔数Nu，使用公式(3)计算努塞尔数Nu，公式中C、n和Pr为经验公式中的常数，分别取值为0.228、0.731和1/3；
步骤四，计算对流换热系数h，使用公式(4)计算对流换热系数h，公式中λ表示导热系数，Nu表示努塞尔数，L表示特征长度。
作为本发明的进一步改进，采用热流固耦合方法对水冷活动烟罩进行计算机模拟的过程具体包括以下步骤：
对水冷烟罩进行三维CAD建模，建模的内容包含真实的水冷活动烟罩的固体结构、水箱及管路；对固体域、流体域及管路进行三维空间离散，将连续的空间拆分成网格单元；
确定数学物理模型和控制方程，控制方程包括流体的质量守恒、动量守恒、能量守恒和固体瞬态传热；在开源求解器OpenFOAM中开启上述模型；
输入边界条件，输入设计参数，计算温度分布；设计参数包含冷却水的流量、初始温度和管路布局三方面；进行计算，得到冷却水进水体积流量、冷却水初始温度、水冷活动烟罩的进口压强和冷却水出水温度。
作为本发明的进一步改进，获得相同冷却水流量及初始温度下的最优管路布局的过程具体包括以下步骤：
根据获取的对流换热系数h1和h2，初步确定冷却水流量和初始温度；根据初步确定冷却水流量和初始温度设计出不同的管路布局，管路布局包含不同的管道数量、长度、方向及分布；
通过重复计算机模拟过程，计算出在相同冷却水流量和初始温度下，不同管路布局的烟罩的最高温度和温度分布；通过比较不同布局的模拟结果，选择最高温度最低且温度分布最均匀的布局作为最优布局；
确定最优布局后，进一步调整冷却水的流量和初始温度；目标是在最低的冷却水流量和较高的初始温度下，最高温度不超过150℃，且温度分布尽量均匀；在确定了最优冷却水流量的基础上，增加20％的流量作为裕度。
作为本发明的进一步改进，其中，管路布局设计选择包含：
平行管路布局：将多个平行的管道布置在烟罩内部，冷却水从一端进入，从另一端流出；
螺旋式管路布局：将管道布置成螺旋形状，冷却水从中心进入，沿着螺旋路径流动并最终流出；
多级管路布局：将管道布置成多个级别，每个级别的管道都与其他级别的管道相连；冷却水从最高级别的管道进入，逐级流动并最终流出；
切割式管路布局：将管道布置成多个小段，每个小段都与其他小段相连，冷却水从一个小段进入，依次流过每个小段并最终流出。
作为本发明的进一步改进，配套系统设计的过程具体包括以下步骤：
根据循环的流量和水冷烟罩的进口压强，确认配套系统中主泵或备用泵的流量和扬程两个关键参数，确保泵的最佳效率点的扬程和流量同设计参数匹配；
设计温度、压力、流量传感器的测量范围：
0.1Pmin<Ps<5Pmax
0<Ts<5Tout
0<Qs<5Qin
其中，Pmin和Pmax分别表示压力传感器的最小和最大测量范围，Ts和Tout分别表示温度传感器的最小和最大测量范围，其中，Tout是冷却水出口的温度，Qs和Qin分别表示流量传感器的最小和最大测量范围，其中，Qin是冷却水进水的体积流量；
设计冷却塔的冷却功率，采用如下公式：
P＝ρQinCp(Tout-Tin)
其中，P表示冷却塔的冷却功率，ρ表示冷却水的密度，Qin表示冷却水的进水体积流量，Cp表示冷却水的比热容。
为实现上述目的，本发明还提供了如下技术方案：
一种冷却系统，其应用于所述的水冷活动烟罩，所述冷却系统包括主泵、备用泵、水箱、冷却塔、紧急排水泵、紧急排水阀、进水阀、压力传感器、流量传感器、温度传感器、水冷活动烟罩、出水阀、排空阀；
主泵，用于产生足够的压力使得介质水能够在冷却系统内循环；冷却系统还包含备用泵，用于在主泵发生故障时作为替换，保证冷却系统正常运行；水箱，用于储存用于介质水，水箱中安装有水位监测器，用于监测水箱内实时水位，冷却塔用于冷却被水冷活动烟罩加热的高温介质水；
冷却塔包含表冷器、外壳、排风系统、预冷区、喷淋系统和电源系统，冷却塔和水箱连接，经冷却塔冷却后的介质水流回水箱；
水冷活动烟罩的出水管路连接冷却塔，用于排放高温介质水；紧急排水泵用于在紧急情况下抽出水冷活动烟罩和管路中的介质水，紧急排水阀用于控制紧急排水管路通道的开启和关闭；紧急排水泵一侧连接在水冷活动烟罩的进水管路，一侧连接水箱；
介质水管路用于连接水冷活动烟罩进/出水管、冷却塔和水箱，连接水箱和水冷活动烟罩的介质水管路上安装有进水阀，用于开启和关闭进水通道；
连接水箱和水冷活动烟罩的介质水管路上安装有压力传感器，用于监测进水压力，连接水箱和水冷活动烟罩的介质水管路上安装有流量传感器用于监测进水流量，连接水箱和水冷活动烟罩的介质水管路上安装有温度传感器用于监测进水温度。
作为本发明的进一步改进，连接冷却塔和水冷活动烟罩的介质水管路上安装有出水阀，用于开启和关闭出水通道，连接冷却塔和水冷活动烟罩的介质水管路上安装有压力传感器，用于监测出水压力，连接冷却塔和水冷活动烟罩的介质水管路上安装有流量传感器，用于监测出水流量，连接冷却塔和水冷活动烟罩的介质水管路上安装有温度传感器，用于监测出水温度；连接冷却塔和水冷活动烟罩的介质水管路上安装有排空阀，用于排出管路内混入的空气。
作为本发明的进一步改进，智能控制台包括自动控制和手动控制两种工作模式，用于控制和监测冷却系统；智能控制台控制主泵、备用泵、紧急排水泵、冷却塔、进水阀、出水阀的开启和关闭。
本发明以满足转炉过程中对活动烟罩的有效冷却需求；通过传热学中的经验公式评估对流换热系数，对活动烟罩受热量进行评估；在摇炉过程中，活动烟罩受到转炉中排出气流的高温冲刷，主要的换热方式是对流换热。利用评估得到的对流换热系数，采用热流固耦合方法进行计算机模拟；可以更准确地估算活动烟罩的受热情况，进而确定所需的冷却方式。基于获得的对流换热系数，确定冷却水流量和初始温度，并提供不同的管路布局；通过反复进行计算机模拟，可以找到在相同冷却水流量和初始温度下的最优管路布局。同时，通过模拟还可以获得管路布局的输出参数，从而确定配套系统中主泵或备用泵的流量和扬程，这两个参数对于系统的正常运行至关重要。
附图说明
图1为本发明侧吹转炉水冷活动烟罩设计方法一个实施例的步骤流程示意图；
图2为本发明侧吹转炉水冷活动烟罩设计方法一个实施例对流换热系数h的计算过程的步骤流程示意图；
图3为本发明侧吹转炉水冷活动烟罩设计方法一个实施例采用热流固耦合方法对水冷活动烟罩进行计算机模拟的过程的步骤流程示意图；
图4为本发明侧吹转炉水冷活动烟罩设计方法一个实施例计算机模拟的原理图；
图5为本发明侧吹转炉水冷活动烟罩设计方法一个实施例获得相同冷却水流量及初始温度下的最优管路布局的过程的步骤流程示意图；
图6为本发明侧吹转炉水冷活动烟罩设计方法一个实施例配套系统设计的过程的步骤流程示意图；
图7为本发明侧吹转炉水冷活动烟罩设计系统一个实施例的功能模块示意图；
图8为本发明冷却系统一个实施例的功能模块示意图；
图9(a)为本发明原方案(现有技术)和新方案(本发明)的管路布局对比中原方案管路布局示意图；
图9(b)为本发明原方案和新方案的管路布局对比中新方案管路布局即本发明的管路布局示意图；
图10为本发明三维网格划分结果示意图；
图11(a)为本发明原方案和优化方案水箱流线分布中原方案水箱流线分布示意图；
图11(b)为本发明原方案和优化方案水箱流线分布中新方案水箱流线分布即本发明的水箱流线分布示意图；
图12(a)为本发明原方案和优化方案水冷烟罩受热面温度分布中原方案水冷烟罩受热面温度分布示意图；
图12(b)为本发明原方案和优化方案水冷烟罩受热面温度分布新方案水冷烟罩受热面温度分布示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明中的术语“第一”“第二”“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”“第二”“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其他实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其他实施例相结合。
如图1所示，本实施例提供了侧吹转炉水冷活动烟罩设计方法的一个实施例，在本实施例中，该侧吹转炉水冷活动烟罩设计方法具体包括以下步骤：
步骤S1：根据传热学中的经验公式评估对流换热系数，根据对流换热系数对水冷活动烟罩的加热量进行评估；其中，受热面主要在摇炉过程中受到转炉中排出气流的高温冲刷，换热模式以对流换热为主；
步骤S2：使用对流换热系数，采用热流固耦合方法对水冷活动烟罩进行计算机模拟；
步骤S3：基于获取的对流换热系数，确定冷却水流量及初始温度，给出不同的管路布局；重复计算机模拟，获得相同冷却水流量及初始温度下的最优管路布局；同时，得到管路布局的输出参数，根据循环的流量和水冷烟罩的进口压强，确认配套系统中主泵或备用泵的流量和扬程两个关键参数。
优选地，本实施例以满足转炉过程中对活动烟罩的有效冷却需求；步骤S1通过传热学中的经验公式评估对流换热系数，对活动烟罩受热量进行评估；在摇炉过程中，活动烟罩受到转炉中排出气流的高温冲刷，主要的换热方式是对流换热。步骤S2利用评估得到的对流换热系数，采用热流固耦合方法进行计算机模拟；可以更准确地估算活动烟罩的受热情况，进而确定所需的冷却方式。步骤S3基于获得的对流换热系数，确定冷却水流量和初始温度，并提供不同的管路布局；通过反复进行计算机模拟，可以找到在相同冷却水流量和初始温度下的最优管路布局。同时，通过模拟还可以获得管路布局的输出参数，从而确定配套系统中主泵或备用泵的流量和扬程，这两个参数对于系统的正常运行至关重要。
本实施例提供了一种系统化的方法来设计水冷活动烟罩。通过对流换热系数的评估和计算机模拟，可以更准确、高效地确定冷却水的需求和管路布局。这样可以确保活动烟罩在摇炉过程中得到充分的冷却，从而保护设备的正常运行和延长其使用寿命。结合工程经验公式、计算机仿真，构建了不同的管路布局和流量下，冷却效果的数学物理模型，用于设计高性能的水冷活动烟罩。
进一步地，步骤S1中的经验公式具体如下：
Nu＝CRenPr1/3 (3)
其中，C和n为常数，分别取值为0.228和0.731.Re表示雷诺数，Pr表示普朗特数，Nu表示努塞尔数，v表示转炉出口烟气冲击水冷密封小车的速度，L表示特征长度，μ表示流体的动力粘度，CP表示比热容，λ表示导热系数，h表示对流换热系数；结合公式(1)、(2)、(3)、(4)可以计算得到对流换热系数h；如图2所示，对流换热系数h的计算过程如下：
步骤一，确定流体的物性参数，首先，确定流体的密度ρ、流体的动力粘度μ、比热容CP和导热系数λ，参数可以通过流体的物性数据手册或实验测量得到。
步骤二，计算雷诺数Re和普朗特数Pr，使用公式(1)计算雷诺数Re，公式中v表示转炉出口烟气冲击水冷密封小车的速度，L表示特征长度；根据具体情况，确定v和L的数值；然后使用公式(2)计算普朗特数Pr，公式中CP表示比热容，μ表示动力粘度。
步骤三，计算努塞尔数Nu，使用公式(3)计算努塞尔数Nu，公式中C、n和Pr为经验公式中的常数，分别取值为0.228、0.731和1/3。
步骤四，计算对流换热系数h，使用公式(4)计算对流换热系数h，公式中λ表示导热系数，Nu表示努塞尔数，L表示特征长度；
通过以上步骤，可以根据经验公式计算得到对流换热系数h。
优选地，本实施例提供了一种基于经验公式的计算方法，用于估算水冷活动烟罩的对流换热系数；通过计算对流换热系数，可以评估活动烟罩的受热情况，并进一步确定所需的冷却水流量和管路布局。具体而言，该方案的意义包括：提供了一种快速估算对流换热系数的方法：通过经验公式，可以根据流体的物性参数和流体流动特征，快速计算得到对流换热系数；这样可以在设计初期快速评估活动烟罩的受热情况，为后续的设计和优化提供参考。为活动烟罩的计算机模拟提供输入参数：通过计算得到的对流换热系数，可以作为计算机模拟的输入参数，进行更准确的热流固耦合计算；这样可以更精确地模拟活动烟罩的受热情况，为冷却水流量和管路布局的优化提供数据支持。指导冷却水流量和管路布局的确定：根据对流换热系数的计算结果，可以确定冷却水流量和管路布局；通过反复计算机模拟，可以找到在相同冷却水流量和初始温度下的最优管路布局；同时，得到管路布局的输出参数，可以确定配套系统中主泵或备用泵的流量和扬程，为系统的设计和运行提供指导。
总的来说，本实施例提供了一种系统化的方法来设计水冷活动烟罩，通过对流换热系数的计算和热流固耦合模拟，可以更准确地评估活动烟罩的受热情况，并优化冷却水流量和管路布局，从而保证设备的正常运行和延长其使用寿命。
进一步地，如图3所示，步骤S2中采用热流固耦合方法对水冷活动烟罩进行计算机模拟的过程具体包括以下步骤：
步骤S21：对水冷烟罩进行三维CAD建模，建模的内容包含真实的水冷活动烟罩的固体结构、水箱及管路；对固体域、流体域及管路进行三维空间离散，将连续的空间拆分成网格单元；
步骤S22：确定数学物理模型和控制方程，控制方程包括流体的质量守恒、动量守恒、能量守恒和固体瞬态传热；在开源求解器OpenFOAM中开启上述模型；
步骤S23：输入边界条件，输入设计参数，计算温度分布；设计参数包含冷却水的流量、初始温度和管路布局三方面；进行计算，得到冷却水进水体积流量、冷却水初始温度、水冷活动烟罩的进口压强和冷却水出水温度；
其中，边界条件包含：受热面的对流换热系数h1和加热温度；对流换热系数由经验公式评估得到，加热温度为从转炉中喷出的高温气流的温度；其余面的对流换热系数h2和环境温度，对流换热系数由经验公式评估得到，环境温度为工厂环境温度；对流换热系数h1和h2可以使用相同的经验公式进行估算，只是对应的流体参数和温度条件不同。对于受热面，可以使用公式(1)至(4)计算得到对流换热系数h1。在这种情况下，需要根据具体情况确定转炉出口烟气冲击水冷密封小车的速度、特征长度、流体的密度、动力粘度、比热容和导热系数，以及受热面的加热温度。对于其余面，可以使用相同的公式估算对流换热系数h2。在这种情况下，需要根据具体情况确定流体的密度、动力粘度、比热容和导热系数，以及环境温度作为对流换热的条件。
对流换热系数h1和h2的计算步骤如下：
确定流体的物性参数，包括密度、动力粘度、比热容和导热系数。
根据具体情况确定对应的温度条件，包括受热面的加热温度和其余面的环境温度。
使用公式(1)至(4)计算得到对应的对流换热系数h1和h2，其中公式中的参数和变量根据确定结果进行填入。
通过以上步骤，可以分别计算得到受热面和其他面的对流换热系数h1和h2，用于后续的热流固耦合计算。
优选地，在步骤S2中，采用热流固耦合方法进行计算机模拟时，涉及到一系列的数学物理模型和控制方程。具体方程和表达式如下：
流体的质量守恒方程：
其中，ρ表示流体的密度，v表示流体的速度矢量。
流体的动量守恒方程：
其中，P表示压力，μ表示流体的动力粘度，g表示重力加速度。
流体的能量守恒方程：
其中，CP表示流体的比热容，T表示温度，λ表示流体的导热系数，Q表示热源项。
固体的瞬态传热方程：
其中，ρs表示固体的密度，Cps表示固体的比热容，Ts表示固体的温度，λs表示固体的导热系数，Qs表示固体的热源项。
上述方程中涉及到的参数和变量包括流体的密度ρ、速度矢量v、压力P、动力粘度μ、重力加速度g、比热容Cp、温度T、导热系数λ，以及固体的密度ρs、比热容Cps、温度Ts及导热系数λs等。
在确定方程后，需要根据具体情况设置边界条件和初始条件，以完整描述问题。边界条件包括受热面的对流换热系数h1和加热温度，其余面的对流换热系数h2和环境温度。这些对流换热系数可以通过经验公式评估得到，加热温度为从转炉中喷出的高温气流的温度，环境温度为工厂环境温度。
通过求解上述方程组，可以得到水冷活动烟罩的温度分布和冷却水的进出条件，从而评估活动烟罩的受热情况和冷却效果。
本实施例的具体过程，参考附图4，通过计算机模拟的方法，对水冷活动烟罩进行热流固耦合分析，以评估其在实际工作条件下的热效应和冷却效果。具体而言，意义包括：提供了一种可行的方法来模拟水冷活动烟罩的热流固耦合行为：通过对烟罩的固体结构、水箱及管路进行三维CAD建模，并在数学物理模型中考虑流体的质量守恒、动量守恒、能量守恒和固体瞬态传热等方程，可以模拟和分析烟罩的热传导、对流换热和热辐射等热流行为。可以评估活动烟罩的受热情况和冷却效果：通过输入适当的边界条件和设计参数，如冷却水的流量、初始温度和管路布局，以及受热面和其他面的对流换热系数和温度条件，进行计算，可以得到水冷活动烟罩的温度分布、冷却水的进出条件等信息；这些结果可以用来评估活动烟罩在实际工作条件下的受热情况和冷却效果，为设计和优化提供参考依据。可以指导活动烟罩的设计和优化：通过分析计算结果，可以了解活动烟罩的热效应、冷却效果和能耗情况等，从而指导活动烟罩的设计和优化。例如，根据计算得到的温度分布，可以判断是否需要调整冷却水的流量和温度，优化管路布局，以达到更好的冷却效果和能耗控制。
综上所述，本实施例提供了一种可行的计算机模拟方法，用于评估水冷活动烟罩的热效应和冷却效果。通过模拟分析，可以得到有关温度分布、冷却水的进出条件等信息，为烟罩的设计和优化提供指导，提高其工作效率和可靠性。
进一步地，如图5所示，步骤S3中获得相同冷却水流量及初始温度下的最优管路布局的过程具体包括以下步骤：
步骤S31：根据获取的对流换热系数h1和h2，初步确定冷却水流量和初始温度；根据初步确定冷却水流量和初始温度设计出不同的管路布局，管路布局包含不同的管道数量、长度、方向及分布等；
其中，管路布局设计选择包含：
平行管路布局：将多个平行的管道布置在烟罩内部，冷却水从一端进入，从另一端流出，这种布局适用于烟罩内部空间较大且温度分布较不均匀的情况；
螺旋式管路布局：将管道布置成螺旋形状，冷却水从中心进入，沿着螺旋路径流动并最终流出，这种布局可以增加冷却水在烟罩内部的流动路径，提高冷却效果；
多级管路布局：将管道布置成多个级别，每个级别的管道都与其他级别的管道相连；冷却水从最高级别的管道进入，逐级流动并最终流出，这种布局适用于烟罩内部空间较小且温度分布较均匀的情况；
切割式管路布局：将管道布置成多个小段，每个小段都与其他小段相连。冷却水从一个小段进入，依次流过每个小段并最终流出；这种布局可以增加冷却水与烟罩接触的表面积，提高冷却效果。
步骤S32：通过重复计算机模拟过程，计算出在相同冷却水流量和初始温度下，不同管路布局的烟罩的最高温度和温度分布；通过比较不同布局的模拟结果，选择最高温度最低且温度分布最均匀的布局作为最优布局；
步骤S33：确定最优布局后，进一步调整冷却水的流量和初始温度；目标是在最低的冷却水流量和较高的初始温度下，最高温度不超过150℃，且温度分布尽量均匀；在确定了最优冷却水流量的基础上，增加20％的流量作为裕度。
优选地，本实施例通过优化管路布局和调整冷却水流量和初始温度，实现在相同冷却水流量和初始温度下的最优设计。具体而言，意义包括：提供了一种系统化的方法来优化管路布局：通过设计不同的管路布局，包括管道数量、长度、方向和分布等方面的变化，结合计算机模拟的方法，可以对不同布局的烟罩进行性能评估；通过比较不同布局的模拟结果，选择最优布局，使得烟罩的最高温度最低且温度分布最均匀。实现在最低冷却水流量和较高初始温度下的冷却效果：通过调整冷却水的流量和初始温度，目标是在最低冷却水流量和较高初始温度的条件下，保持烟罩的最高温度不超过150℃，并尽可能实现温度分布的均匀性；有助于节约能源和提高烟罩的工作效率。设计裕度以确保稳定性：通过在最优冷却水流量的基础上增加20％的流量作为裕度，可以提供额外的冷却能力，以应对可能出现的不可预见的变化或错误；有助于确保烟罩在实际运行中的稳定性和可靠性。
总的来说，本实施例通过优化管路布局和调整冷却水流量和初始温度，实现在相同冷却水流量和初始温度下的最优设计。这有助于提高烟罩的工作效率、延长使用寿命，并提供稳定可靠的冷却效果。
进一步地，步骤S31中设计出不同的管路布局的过程具体包括以下步骤：
步骤S311：获取水冷活动烟罩中管路的端点坐标和水箱位置，并将端点坐标和水箱位置坐标投影至平面，获取管路布设空间二维简化图；其中管路布设采用平行管路布局、螺旋式管路布局、多级管路布局及切割式管路布局；
步骤S312：针对管路布设空间二维简化图，获取管路布设中的管路的初始路径；根据初始路径，对管路布设空间二维简化图中管路进行分组，获取多个不同管路布局的管路组；
步骤S313：将多个不同管路布局的管路组进行排序，获取第一集合；所述第一集合中包括具有排列次序的多个不同管路布局的管路组；针对第一集合中的同一管路布局的管路组，进行管路路径规划获取管路最优路径组合；根据管路最优路径组合，对各管路之间进行并行处理，获取当前管路布局的管路最终最优路径。
优选地，本实施例通过设计不同的管路布局，优化烟罩的冷却效果。具体而言，意义包括：提供了一种系统化的方法来设计不同的管路布局：通过获取水冷活动烟罩中管路的端点坐标和水箱位置，并将其投影至平面共勉，可以得到管路布设空间二维简化图；在该图中，可以设计不同的管路布局，包括平行管路布局、螺旋式管路布局、多级管路布局和切割式管路布局等。确定管路的初始路径和分组：根据初始路径，可以对管路布设空间二维简化图中的管路进行分组。这有助于将管路分为不同的布局组，为后续的排序和优化提供基础。排序和优化管路布局：通过对不同管路布局的管路组进行排序，可以确定第一集合，其中包含具有排列次序的多个不同管路布局的管路组；针对第一集合中的同一管路布局的管路组，进行管路路径规划，以获取管路最优路径组合；最后，根据管路最优路径组合，对各管路之间进行并行处理，得到当前管路布局的最终最优路径。提高烟罩的冷却效果：通过设计不同的管路布局并优化路径，可以提高烟罩的冷却效果；不同的布局可以改变冷却水的流动路径，增加冷却水与烟罩接触的表面积，从而提高烟罩的冷却效率和均匀性。
综上所述，本实施例通过设计不同的管路布局，优化烟罩的冷却效果；有助于提高烟罩的工作效率、延长使用寿命，并提供稳定可靠的冷却效果。
进一步地，步骤S32中最优布局的选择过程具体包括以下步骤：
步骤S321：根据水冷活动烟罩的几何结构和工作条件，设定模拟所需的参数，包括冷却水流量、初始温度、管道材料及烟罩材料等；将烟罩和管道划分为离散的小单元，建立模拟所需的网格；
步骤S322：设定烟罩和管道表面的热边界条件，包括烟罩内部的热源温度、管道与冷却水的热交换系数；通过数值计算方法，求解模拟方程，得到在给定冷却水流量和初始温度下，烟罩内部的温度分布；温度分布计算的表达式为：
其中，表示水冷烟罩材料的密度，Cp表示水冷烟罩材料的比热容，T表示温度，t表示时间，k表示水冷烟罩材料的热导率，h表示对流换热系数，Tamb表示环境温度，σ表示斯特藩-玻尔兹曼常数，ε表示水冷烟罩材料的辐射发射率，Q表示热源项；
步骤S323：对不同管路布局进行模拟计算，并比较计算结果；比较烟罩的最高温度及温度分布的均匀性等指标；根据比较结果，选择最高温度最低且温度分布最均匀的管路布局作为最优布局。
优选地，本实施例通过数值模拟方法，对不同的管路布局进行计算和比较，选择最优的布局方案；具体而言，意义包括：系统性地考虑了水冷活动烟罩的几何结构和工作条件：通过设定模拟所需的参数，包括冷却水流量、初始温度、管道材料和烟罩材料等，对水冷活动烟罩的几何结构和工作条件进行了系统性的考虑。模拟计算了烟罩内部的温度分布：通过数值计算方法，求解模拟方程，得到在给定冷却水流量和初始温度下，烟罩内部的温度分布；使得可以定量地分析和比较不同管路布局的冷却效果和温度分布。比较不同管路布局的模拟结果：通过比较计算结果，包括烟罩的最高温度和温度分布的均匀性等指标，可以评估不同管路布局的冷却效果和性能差异。选择最优布局方案：根据比较结果，选择最高温度最低且温度分布最均匀的管路布局作为最优布局；有助于提高烟罩的工作效率、延长使用寿命，并提供稳定可靠的冷却效果。
综上所述，本实施例通过数值模拟和比较分析，为水冷活动烟罩的管路布局选择提供了科学依据和决策支持；有助于优化烟罩的设计和性能，提高其工作效率和可靠性。
进一步地，步骤S3中得到管路布局的输出参数包括：冷却水进水体积流量Qin，该参数表示冷却水进入水冷活动烟罩的流量，可以通过流量计等仪器来测量。冷却水初始温度Tin，是冷却水进入水冷活动烟罩时的温度，可以通过温度传感器等仪器来测量。水冷活动烟罩的进口压强Pin是冷却水进入水冷活动烟罩时的压强。可以通过压力传感器等仪器来测量。冷却水出水温度Tout是冷却水从水冷活动烟罩流出时的温度。可以通过温度传感器等仪器来测量。
优选地，本实施例通过实际测量和获取管路布局的输出参数，包括冷却水进水体积流量、冷却水初始温度、水冷活动烟罩的进口压强和冷却水出水温度，以评估和验证所选择的管路布局方案的实际性能和效果。具体而言，意义包括：确保实际参数与设计参数的一致性：通过测量和获取实际的冷却水进水体积流量、初始温度、进口压强和出水温度等参数，可以确保实际参数与设计参数的一致性。这有助于验证设计方案的合理性和准确性。评估管路布局方案的冷却效果：通过测量冷却水进出水的温度和流量，可以计算冷却水在水冷活动烟罩中的平均温度变化和冷却效果，有助于评估所选择的管路布局方案的冷却效果和性能。验证模拟计算结果的准确性：通过与实际测量数据进行对比，可以验证模拟计算结果的准确性和可靠性；如果实际测量数据与模拟计算结果一致，说明模拟计算的准确性较高。提供实际工程中的参考依据：通过实际测量和验证，可以为实际工程中的管路布局提供参考依据和指导，有助于优化烟罩的设计和性能，提高其冷却效果和可靠性。
综上所述，本实施例通过实际测量和验证，为选择和评估管路布局方案提供了实际性能和效果的参考依据，有助于优化设计和提高水冷活动烟罩的工作效率和可靠性。
进一步地，如图6所示，步骤S3中配套系统设计的过程具体包括以下步骤：
步骤S34：根据循环的流量和水冷烟罩的进口压强，确认配套系统中主泵或备用泵的流量和扬程两个关键参数，确保泵的最佳效率点的扬程和流量同设计参数匹配；
根据系统的需求和设计参数，确定所需的循环流量，确定水冷烟罩的进口压强；根据所需的循环流量和水冷烟罩的进口压强，选择主泵或备用泵，泵的性能曲线通常提供了不同流量和扬程下的泵效率和功率等参数；根据所选泵的性能曲线，确认泵的最佳效率点；最佳效率点是指泵在该点处的效率最高，能够提供最大的流量和最小的能耗；根据所需的循环流量和水冷烟罩的进口压强，确认泵的流量和扬程参数，使其与泵的最佳效率点相匹配，可以通过调整泵的转速或更换不同规格的泵来实现；通过实际操作或计算，验证确认后的泵的流量和扬程参数是否满足系统设计的要求，可以通过实际测量泵的流量和压力来验证；
步骤S35：设计温度、压力、流量传感器的测量范围：
0.1Pmin<Ps<5Pmax
0<Ts<5Tout
0<Qs<5Qin
其中，Pmin和Pmax分别表示压力传感器的最小和最大测量范围，Ts和Tout分别表示温度传感器的最小和最大测量范围，其中，Tout是冷却水出口的温度，Qs和Qin分别表示流量传感器的最小和最大测量范围，其中，Qin是冷却水进水的体积流量；
步骤S36：设计冷却塔的冷却功率，采用如下公式：
P＝ρQinCp(Tout-Tin)
其中，P表示冷却塔的冷却功率，ρ表示冷却水的密度，Qin表示冷却水的进水体积流量，Cp表示冷却水的比热容。
优选地，本实施例设计和确定配套系统的关键参数，以确保系统能够满足设计要求并具有良好的工作性能。具体来说，意义如下：步骤S34：根据循环的流量和水冷烟罩的进口压强，确认主泵或备用泵的流量和扬程，这样可以确保泵的最佳效率点的扬程和流量与设计参数匹配，从而提高系统的效率和能耗。步骤S35：设计温度、压力和流量传感器的测量范围，通过确定传感器的测量范围，可以确保传感器能够准确测量系统中的温度、压力和流量，并满足设计和操作的要求。步骤S36：设计冷却塔的冷却功率，通过计算冷却塔的冷却功率，可以确定所需的冷却能力，从而选择合适的冷却塔并确保系统正常运行。
综上所述，本实施例在于提供系统设计和操作的指导，确保系统能够满足所需的性能和工作要求；通过合理选择和确定关键参数，可以提高系统的效率、可靠性和安全性，从而提升系统的整体性能和运行效果。
如图7所示，本实施例还提供了侧吹转炉水冷活动烟罩设计系统的一个实施例，在本实施例中，侧吹转炉水冷活动烟罩设计系统应用于如上述实施例中的侧吹转炉水冷活动烟罩设计方法，该侧吹转炉水冷活动烟罩设计系统包括依次电性连接的加热量评估模块1、计算机模拟模块2、管路布设模块3。
其中，加热量评估模块1用于根据传热学中的经验公式评估对流换热系数，根据对流换热系数对水冷活动烟罩的加热量进行评估；其中，受热面主要在摇炉过程中受到转炉中排出气流的高温冲刷，换热模式以对流换热为主；计算机模拟模块2用于使用对流换热系数，采用热流固耦合方法对水冷活动烟罩进行计算机模拟；管路布设模块3用于基于获取的对流换热系数，确定冷却水流量及初始温度，给出不同的管路布局；重复计算机模拟，获得相同冷却水流量及初始温度下的最优管路布局；同时，得到管路布局的输出参数，根据循环的流量和水冷烟罩的进口压强，确认配套系统中主泵或备用泵的流量和扬程两个关键参数。
优选地，本实施例以满足转炉过程中对活动烟罩的有效冷却需求；通过传热学中的经验公式评估对流换热系数，对活动烟罩受热量进行评估；在摇炉过程中，活动烟罩受到转炉中排出气流的高温冲刷，主要的换热方式是对流换热。利用评估得到的对流换热系数，采用热流固耦合方法进行计算机模拟；可以更准确地估算活动烟罩的受热情况，进而确定所需的冷却方式。基于获得的对流换热系数，确定冷却水流量和初始温度，并提供不同的管路布局；通过反复进行计算机模拟，可以找到在相同冷却水流量和初始温度下的最优管路布局。同时，通过模拟还可以获得管路布局的输出参数，从而确定配套系统中主泵或备用泵的流量和扬程，这两个参数对于系统的正常运行至关重要。
本实施例提供了一种系统化的方法来设计水冷活动烟罩。通过对流换热系数的评估和计算机模拟，可以更准确、高效地确定冷却水的需求和管路布局。这样可以确保活动烟罩在摇炉过程中得到充分的冷却，从而保护设备的正常运行和延长其使用寿命。结合工程经验公式、计算机仿真，构建了不同的管路布局和流量下，冷却效果的数学物理模型，用于设计高性能的水冷活动烟罩。
进一步地，加热量评估模块1具体包括：
物性参数确认子模块，用于确定流体的物性参数，首先，确定流体的密度ρ、流体的动力粘度μ、比热容CP和导热系数λ，参数可以通过流体的物性数据手册或实验测量得到。
系数计算子模块，用于计算雷诺数Re和普朗特数Pr，使用公式(1)计算雷诺数Re，公式中v表示转炉出口烟气冲击水冷密封小车的速度，L表示特征长度；根据具体情况，确定v和L的数值；然后使用公式(2)计算普朗特数Pr，公式中CP表示比热容，μ表示动力粘度。计算努塞尔数Nu，使用公式(3)计算努塞尔数Nu，公式中C、n和Pr为经验公式中的常数，分别取值为0.228、0.731和1/3；
结果输出子模块，用于计算对流换热系数h，使用公式(4)计算对流换热系数h，公式中λ表示导热系数，Nu表示努塞尔数，L表示特征长度；
优选地，本实施例提供了一种基于经验公式的计算方法，用于估算水冷活动烟罩的对流换热系数；通过计算对流换热系数，可以评估活动烟罩的受热情况，并进一步确定所需的冷却水流量和管路布局。具体而言，该方案的意义包括：提供了一种快速估算对流换热系数的方法：通过经验公式，可以根据流体的物性参数和流体流动特征，快速计算得到对流换热系数；这样可以在设计初期快速评估活动烟罩的受热情况，为后续的设计和优化提供参考。为活动烟罩的计算机模拟提供输入参数：通过计算得到的对流换热系数，可以作为计算机模拟的输入参数，进行更准确的热流固耦合计算；这样可以更精确地模拟活动烟罩的受热情况，为冷却水流量和管路布局的优化提供数据支持。指导冷却水流量和管路布局的确定：根据对流换热系数的计算结果，可以确定冷却水流量和管路布局；通过反复计算机模拟，可以找到在相同冷却水流量和初始温度下的最优管路布局；同时，得到管路布局的输出参数，可以确定配套系统中主泵或备用泵的流量和扬程，为系统的设计和运行提供指导。
总的来说，本实施例提供了一种系统化的方法来设计水冷活动烟罩，通过对流换热系数的计算和热流固耦合模拟，可以更准确地评估活动烟罩的受热情况，并优化冷却水流量和管路布局，从而保证设备的正常运行和延长其使用寿命。
进一步地，计算机模拟模块2具体包括：
三维建模子模块，用于对水冷烟罩进行三维CAD建模，建模的内容包含真实的水冷活动烟罩的固体结构、水箱及管路；对固体域、流体域及管路进行三维空间离散，将连续的空间拆分成网格单元；
控制方程确认子模块，用于确定数学物理模型和控制方程，控制方程包括流体的质量守恒、动量守恒、能量守恒和固体瞬态传热；在开源求解器OpenFOAM中开启上述模型。
压强及水温计算子模块，用于输入边界条件，输入设计参数，计算温度分布；设计参数包含冷却水的流量、初始温度和管路布局三方面；进行计算，得到冷却水进水体积流量、冷却水初始温度、水冷活动烟罩的进口压强和冷却水出水温度；
其中，边界条件包含：受热面的对流换热系数h1和加热温度；对流换热系数由经验公式评估得到，加热温度为从转炉中喷出的高温气流的温度；其余面的对流换热系数h2和环境温度，对流换热系数由经验公式评估得到，环境温度为工厂环境温度；对流换热系数h1和h2可以使用相同的经验公式进行估算，只是对应的流体参数和温度条件不同。对于受热面，可以使用公式(1)至(4)计算得到对流换热系数h1。在这种情况下，需要根据具体情况确定转炉出口烟气冲击水冷密封小车的速度、特征长度、流体的密度、动力粘度、比热容和导热系数，以及受热面的加热温度。对于其余面，可以使用相同的公式估算对流换热系数h2。在这种情况下，需要根据具体情况确定流体的密度、动力粘度、比热容和导热系数，以及环境温度作为对流换热的条件。
对流换热系数h1和h2的计算步骤如下：
确定流体的物性参数，包括密度、动力粘度、比热容和导热系数。
根据具体情况确定对应的温度条件，包括受热面的加热温度和其余面的环境温度。
使用公式(1)至(4)计算得到对应的对流换热系数h1和h2，其中公式中的参数和变量根据确定结果进行填入。
通过以上步骤，可以分别计算得到受热面和其他面的对流换热系数h1和h2，用于后续的热流固耦合计算。
优选地，在步骤S2中，采用热流固耦合方法进行计算机模拟时，涉及到一系列的数学物理模型和控制方程。具体方程和表达式如下：
流体的质量守恒方程：
其中，ρ表示流体的密度，v表示流体的速度矢量。
流体的动量守恒方程：
其中，P表示压力，μ表示流体的动力粘度，g表示重力加速度。
流体的能量守恒方程：
其中，CP表示流体的比热容，T表示温度，λ表示流体的导热系数，Q表示热源项。
固体的瞬态传热方程：
其中，ρs表示固体的密度，Cps表示固体的比热容，Ts表示固体的温度，λs表示固体的导热系数，Qs表示固体的热源项。
上述方程中涉及到的参数和变量包括流体的密度ρ、速度矢量v、压力P、动力粘度μ、重力加速度g、比热容Cp、温度T、导热系数λ，以及固体的密度ρs、比热容Cps、温度Ts及导热系数λs等。
在确定方程后，需要根据具体情况设置边界条件和初始条件，以完整描述问题。边界条件包括受热面的对流换热系数h1和加热温度，其余面的对流换热系数h2和环境温度。这些对流换热系数可以通过经验公式评估得到，加热温度为从转炉中喷出的高温气流的温度，环境温度为工厂环境温度。
通过求解上述方程组，可以得到水冷活动烟罩的温度分布和冷却水的进出条件，从而评估活动烟罩的受热情况和冷却效果。
本实施例的具体过程，参考附图4，通过计算机模拟的方法，对水冷活动烟罩进行热流固耦合分析，以评估其在实际工作条件下的热效应和冷却效果。具体而言，意义包括：提供了一种可行的方法来模拟水冷活动烟罩的热流固耦合行为：通过对烟罩的固体结构、水箱及管路进行三维CAD建模，并在数学物理模型中考虑流体的质量守恒、动量守恒、能量守恒和固体瞬态传热等方程，可以模拟和分析烟罩的热传导、对流换热和热辐射等热流行为。可以评估活动烟罩的受热情况和冷却效果：通过输入适当的边界条件和设计参数，如冷却水的流量、初始温度和管路布局，以及受热面和其他面的对流换热系数和温度条件，进行计算，可以得到水冷活动烟罩的温度分布、冷却水的进出条件等信息；这些结果可以用来评估活动烟罩在实际工作条件下的受热情况和冷却效果，为设计和优化提供参考依据。可以指导活动烟罩的设计和优化：通过分析计算结果，可以了解活动烟罩的热效应、冷却效果和能耗情况等，从而指导活动烟罩的设计和优化。例如，根据计算得到的温度分布，可以判断是否需要调整冷却水的流量和温度，优化管路布局，以达到更好的冷却效果和能耗控制。
综上所述，本实施例提供了一种可行的计算机模拟方法，用于评估水冷活动烟罩的热效应和冷却效果。通过模拟分析，可以得到有关温度分布、冷却水的进出条件等信息，为烟罩的设计和优化提供指导，提高其工作效率和可靠性。
进一步地，管路布设模块3具体包括：
系数预处理子模块，用于根据获取的对流换热系数h1和h2，初步确定冷却水流量和初始温度；根据初步确定冷却水流量和初始温度设计出不同的管路布局，管路布局包含不同的管道数量、长度、方向及分布等；
其中，管路布局设计选择包含：
平行管路布局：将多个平行的管道布置在烟罩内部，冷却水从一端进入，从另一端流出，这种布局适用于烟罩内部空间较大且温度分布较不均匀的情况；
螺旋式管路布局：将管道布置成螺旋形状，冷却水从中心进入，沿着螺旋路径流动并最终流出，这种布局可以增加冷却水在烟罩内部的流动路径，提高冷却效果；
多级管路布局：将管道布置成多个级别，每个级别的管道都与其他级别的管道相连；冷却水从最高级别的管道进入，逐级流动并最终流出，这种布局适用于烟罩内部空间较小且温度分布较均匀的情况；
切割式管路布局：将管道布置成多个小段，每个小段都与其他小段相连。冷却水从一个小段进入，依次流过每个小段并最终流出；这种布局可以增加冷却水与烟罩接触的表面积，提高冷却效果。
模拟结果对比子模块，用于通过重复计算机模拟过程，计算出在相同冷却水流量和初始温度下，不同管路布局的烟罩的最高温度和温度分布；通过比较不同布局的模拟结果，选择最高温度最低且温度分布最均匀的布局作为最优布局；
流量计温度调整子模块，用于确定最优布局后，进一步调整冷却水的流量和初始温度；目标是在最低的冷却水流量和较高的初始温度下，最高温度不超过150℃，且温度分布尽量均匀；在确定了最优冷却水流量的基础上，增加20％的流量作为裕度。
优选地，本实施例通过优化管路布局和调整冷却水流量和初始温度，实现在相同冷却水流量和初始温度下的最优设计。具体而言，意义包括：提供了一种系统化的方法来优化管路布局：通过设计不同的管路布局，包括管道数量、长度、方向和分布等方面的变化，结合计算机模拟的方法，可以对不同布局的烟罩进行性能评估；通过比较不同布局的模拟结果，选择最优布局，使得烟罩的最高温度最低且温度分布最均匀。实现在最低冷却水流量和较高初始温度下的冷却效果：通过调整冷却水的流量和初始温度，目标是在最低冷却水流量和较高初始温度的条件下，保持烟罩的最高温度不超过150℃，并尽可能实现温度分布的均匀性；有助于节约能源和提高烟罩的工作效率。设计裕度以确保稳定性：通过在最优冷却水流量的基础上增加20％的流量作为裕度，可以提供额外的冷却能力，以应对可能出现的不可预见的变化或错误；有助于确保烟罩在实际运行中的稳定性和可靠性。
总的来说，本实施例通过优化管路布局和调整冷却水流量和初始温度，实现在相同冷却水流量和初始温度下的最优设计。这有助于提高烟罩的工作效率、延长使用寿命，并提供稳定可靠的冷却效果。
本实施例还提供了水冷活动烟罩的一个实施例，在本实施例中，水冷活动烟罩应用于如上述实施例中的侧吹转炉水冷活动烟罩设计方法，该水冷活动烟罩包括进水管路、出水管路和水箱三部分。
其中，水冷活动烟罩是一种用于排除烟雾和有害气体的设备，烟罩通过水的循环来冷却烟气和净化空气，从而达到净化室内空气的目的；进水管路：进水管路是将水引入烟罩的管道系统。通常通过水泵将水从水箱中抽取，然后经过管道输送到烟罩内部。出水管路：出水管路是将经过烟罩内部处理后的水排出的管道系统。清洗后的水会通过管道流回水箱中，以便循环使用。水箱：水箱是存放水的容器，通常位于烟罩的底部或侧面。水箱一般具备一定的容积，以确保烟罩能够持续运行一段时间。
在烟罩工作过程中，进水管路将水引入烟罩内部，水会通过喷嘴或水幕设备与烟气接触，从而冷却烟气和净化空气；处理后的水会被收集并通过出水管路排出，然后再回流至水箱进行循环利用。这种水冷活动烟罩能够有效地净化空气，降低室内污染物浓度，提高室内空气质量，保护工作人员的健康和安全。
在尽量低的进水流量下，实现活动烟罩的冷却，以减小冷却系统中泵和冷却塔的工作负担，实现节能减排；
合理地布置进出口管路，有效降低活动烟罩受热面的温度，避免局部高温，实现最优的冷却效果，避免局部高温烟罩和转炉中喷出的高温熔体粘连。
如图8所示，本实施例还提供了冷却系统的一个实施例，在本实施例中，冷却系统应用如上述实施例中的水冷活动烟罩，该冷却系统包括主泵4、备用泵5、水箱6、冷却塔7、紧急排水泵8、紧急排水阀9、进水阀10、压力传感器11、流量传感器12、温度传感器13、水冷活动烟罩14、出水阀15、排空阀16。
其中，水冷活动烟罩14不能单独使用，要配合上下游冷却系统的其他部件，冷却系统包括：
主泵4，用于产生足够的压力使得介质水能够在冷却系统内循环；冷却系统还包含备用泵5，用于在主泵4发生故障时作为替换，保证冷却系统正常运行；水箱6，用于储存用于介质水，水箱6中安装有水位监测器，用于监测水箱6内实时水位，冷却塔7用于冷却被水冷活动烟罩14加热的高温介质水。
冷却塔7包含表冷器、外壳、排风系统、预冷区、喷淋系统和电源系统，冷却塔7和水箱6连接，经冷却塔7冷却后的介质水流回水箱6。
水冷活动烟罩14的出水管路连接冷却塔7，用于排放高温介质水；紧急排水泵8用于在紧急情况下抽出水冷活动烟罩14和管路中的介质水，紧急排水阀9用于控制紧急排水管路通道的开启和关闭；紧急排水泵8一侧连接在水冷活动烟罩14的进水管路，一侧连接水箱6。
介质水管路用于连接水冷活动烟罩14进/出水管、冷却塔7和水箱6，连接水箱6和水冷活动烟罩14的介质水管路上安装有进水阀10，用于开启和关闭进水通道。
连接水箱6和水冷活动烟罩14的介质水管路上安装有压力传感器11，用于监测进水压力，连接水箱6和水冷活动烟罩14的介质水管路上安装有流量传感器12用于监测进水流量，连接水箱6和水冷活动烟罩14的介质水管路上安装有温度传感器13用于监测进水温度。
连接冷却塔7和水冷活动烟罩14的介质水管路上安装有出水阀10，用于开启和关闭出水通道，连接冷却塔7和水冷活动烟罩14的介质水管路上安装有压力传感器11，用于监测出水压力，连接冷却塔7和水冷活动烟罩14的介质水管路上安装有流量传感器12，用于监测出水流量，连接冷却塔7和水冷活动烟罩14的介质水管路上安装有温度传感器13，用于监测出水温度；连接冷却塔7和水冷活动烟罩14的介质水管路上安装有排空阀16，用于排出管路内混入的空气。
智能控制台包括自动控制和手动控制两种工作模式，用于控制和监测冷却系统；智能控制台可控制主泵4、备用泵5、紧急排水泵8、冷却塔7、进水阀10、出水阀15的开启和关闭。
智能控制台可以切换自动和手动控制模式；智能控制台具备自动准备、自动启动、自动停止和一键应急启动功能；智能控制台可以实时显示压力、温度、流量信息；智能控制台可以通过各类参数综合判断，水冷系统是否正常运行。
优选地，本实施例冷却系统的工作原理如下：当冷却系统启动时，智能控制台会发送信号给主泵4，主泵开始运行，并产生足够的压力使介质水能够在冷却系统内循环；进水阀10打开，介质水从水箱6中被抽取，经过进水管路进入水冷活动烟罩14。同时，压力传感器11、流量传感器12和温度传感器13会监测进水压力、流量和温度的实时数值。在水冷活动烟罩14内，介质水与烟气接触，起到冷却和净化的作用。冷却后的介质水通过出水管路连接到冷却塔7。冷却塔7是一个包含表冷器、外壳、排风系统、预冷区、喷淋系统和电源系统的设备。介质水在冷却塔7中进一步冷却，然后经过排水阀15排放出去。冷却塔7和水箱6通过介质水管路相连接，经过冷却塔7冷却后的介质水会流回水箱6，以便循环使用。在紧急情况下，紧急排水泵8可以抽出水冷活动烟罩14和管路中的介质水，紧急排水阀9用于控制紧急排水管路通道的开启和关闭。智能控制台可以控制主泵4、备用泵5、紧急排水泵8、冷却塔7、进水阀10、出水阀15的开启和关闭。同时，智能控制台还可以监测冷却系统的运行状态，包括监测水箱6内实时水位、进出水压力、流量和温度等参数。通过以上的工作原理，冷却系统能够提供稳定的冷却效果，确保水冷活动烟罩14的正常运行，并达到冷却和净化空气的目的。智能控制台的存在使得整个系统的运行更加智能化和可控。
本实施例与现有技术相比，公开了一种用于PS转炉水冷活动烟罩的设计方法及配套系统，可以设计出低能耗、性能优良的水冷活动烟罩，使得活动烟罩在摇炉过程中始终处于低温状态。低温状态下，炉口喷出的高温熔体喷溅到小车表面后，会在冷脆作用下快速脱落，有效避免高温熔体和小车发生粘结。冷却系统的存在使得活动烟罩可以在摇炉过程中处于下限位，完全覆盖内层烟罩的加料口，阻止烟气进入外层烟罩，从而彻底解决烟气在外层烟罩中逸散而引起的低空污染问题，优化了作业人员的工作环境，减少了外层烟罩下游除尘和脱硫设备的负担，降低了环保处理成本。
进一步地，本实施例对不同结构的水冷烟罩进行数值模拟计算的过程具体包括以下步骤：
本实施例中给出了详细的设计过程，
1、首先根据公式(5)-(8)，计算出对流换热系数：
2、对不同结构的水冷烟罩进行数值模拟计算
1)采用三维建模软件对水冷烟罩进行几何建模，优化前后，水箱几何模型如图9(a)和图9(b)；
2)对固体域、流体域、管路进行三维空间离散，将连续的空间拆分成网格单元，网格划分结果如图10；
3)在OpenFoam中定义边界条件和设计参数如表1和表2：
表1边界条件和设计参数
受热面对流换热系数h1 24W/(m2·K)
其余面对流换热系数h2 5W/(m2·K)
受热面温度T1 1199.85℃
其余面温度T2 26.85℃
冷却水进水体积流量Qin 20.57L/s
冷却水初始温度Tin 26.85℃
4)提取两种管路布局设计的计算结果，得到参数如下表
表2仿真输出参数
方案1 方案2
冷却水进水体积流量Qin 20.57L/s 20.57L/s
冷却水初始温度Tin 26.85℃ 26.85℃
水冷活动烟罩的进口压强Pin 102175Pa 100999Pa
冷却水出水温度Tout 32.53898℃ 32.66396℃
5)根据循环的流量和水冷烟罩的进口压强，确定泵的扬程Y和流量Q分别为：
Q＝20.57L/s＝74m3/h
6)根据表2中的温度、压力、流量确认传感器的测量范围为(替换为具体的值)：
0Pa＜Ps＜311000Pa
0℃＜Ts＜165℃
0L/s＜Qs＜105L/s
7)冷却塔的冷却功率为：
P＝ρQCp(Tout-Tin)
＝1000kg/m3×0.02057m3/s×1.0046kJ/(kgK)×(305.81K-300K)＝120.552kW
8)优化前后的流场和温度场如图11(a)、图11(b)和图12(a)、图12(b)所示。
优选地，本实施例在不增加冷却水质量流量的前提下，仅仅通过对管路布局进行优化，大幅降低了原设计中受热面的温度峰值，增加了受热面温度的均匀性，增加了水箱内流动的均匀性，减小了死区面积，从而大幅提升了水冷烟罩的冷却性能。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其他的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其他的形式。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围。
以上对发明的具体实施方式进行了详细说明，但其只作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施方式。对于本领域的技术人员而言，任何对该发明进行的等同修改或替代也都在本发明的范畴之中，因此，在不脱离本发明的精神和原则范围下所作的均等变换和修改、改进等，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种侧吹转炉水冷活动烟罩设计方法，其特征在于，所述侧吹转炉水冷活动烟罩设计方法包括：
根据传热学中的经验公式评估对流换热系数，根据对流换热系数对水冷活动烟罩的加热量进行评估；其中，受热面在摇炉过程中受到转炉中排出气流的高温冲刷，换热模式以对流换热为主；
使用对流换热系数，采用热流固耦合方法对水冷活动烟罩进行计算机模拟；
基于获取的对流换热系数，确定冷却水流量及初始温度，给出不同的管路布局；重复计算机模拟，获得相同冷却水流量及初始温度下的最优管路布局；同时，得到管路布局的输出参数，根据循环的流量和水冷烟罩的进口压强，确认配套系统中主泵或备用泵的流量和扬程两个关键参数。
2.根据权利要求1所述的侧吹转炉水冷活动烟罩设计方法，其特征在于，经验公式包括：
Nu＝CRenPr1/3 (3)
其中，C和n为常数，分别取值为0.228和0.731.Re表示雷诺数，Pr表示普朗特数，Nu表示努塞尔数，v表示转炉出口烟气冲击水冷密封小车的速度，L表示特征长度，μ表示流体的动力粘度，CP表示比热容，λ表示导热系数，h表示对流换热系数；结合公式(1)、(2)、(3)、(4)计算得到对流换热系数h。
3.根据权利要求2所述的侧吹转炉水冷活动烟罩设计方法，其特征在于，对流换热系数h的计算过程包括：
步骤一，确定流体的物性参数，首先，确定流体的密度ρ、流体的动力粘度μ、比热容CP和导热系数λ，参数通过流体的物性数据手册或实验测量得到；
步骤二，计算雷诺数Re和普朗特数Pr，使用公式(1)计算雷诺数Re，公式中v表示转炉出口烟气冲击水冷密封小车的速度，L表示特征长度；根据具体情况，确定v和L的数值；然后使用公式(2)计算普朗特数Pr，公式中CP表示比热容，μ表示动力粘度；
步骤三，计算努塞尔数Nu，使用公式(3)计算努塞尔数Nu，公式中C、n和Pr为经验公式中的常数，分别取值为0.228、0.731和1/3；
步骤四，计算对流换热系数h，使用公式(4)计算对流换热系数h，公式中λ表示导热系数，Nu表示努塞尔数，L表示特征长度。
4.根据权利要求1所述的侧吹转炉水冷活动烟罩设计方法，其特征在于，采用热流固耦合方法对水冷活动烟罩进行计算机模拟的过程具体包括以下步骤：
对水冷烟罩进行三维CAD建模，建模的内容包含真实的水冷活动烟罩的固体结构、水箱及管路；对固体域、流体域及管路进行三维空间离散，将连续的空间拆分成网格单元；
确定数学物理模型和控制方程，控制方程包括流体的质量守恒、动量守恒、能量守恒和固体瞬态传热；在开源求解器OpenFOAM中开启上述模型；
输入边界条件，输入设计参数，计算温度分布；设计参数包含冷却水的流量、初始温度和管路布局三方面；进行计算，得到冷却水进水体积流量、冷却水初始温度、水冷活动烟罩的进口压强和冷却水出水温度。
5.根据权利要求1所述的侧吹转炉水冷活动烟罩设计方法，其特征在于，获得相同冷却水流量及初始温度下的最优管路布局的过程具体包括以下步骤：
根据获取的对流换热系数h1和h2，初步确定冷却水流量和初始温度；根据初步确定冷却水流量和初始温度设计出不同的管路布局，管路布局包含不同的管道数量、长度、方向及分布；
通过重复计算机模拟过程，计算出在相同冷却水流量和初始温度下，不同管路布局的烟罩的最高温度和温度分布；通过比较不同布局的模拟结果，选择最高温度最低且温度分布最均匀的布局作为最优布局；
确定最优布局后，进一步调整冷却水的流量和初始温度；目标是在最低的冷却水流量和较高的初始温度下，最高温度不超过150℃，且温度分布尽量均匀；在确定了最优冷却水流量的基础上，增加20％的流量作为裕度。
6.根据权利要求5所述的侧吹转炉水冷活动烟罩设计方法，其特征在于，其中，管路布局设计选择包含：
平行管路布局：将多个平行的管道布置在烟罩内部，冷却水从一端进入，从另一端流出；
螺旋式管路布局：将管道布置成螺旋形状，冷却水从中心进入，沿着螺旋路径流动并最终流出；
多级管路布局：将管道布置成多个级别，每个级别的管道都与其他级别的管道相连；冷却水从最高级别的管道进入，逐级流动并最终流出；
切割式管路布局：将管道布置成多个小段，每个小段都与其他小段相连，冷却水从一个小段进入，依次流过每个小段并最终流出。
7.根据权利要求1所述的侧吹转炉水冷活动烟罩设计方法，其特征在于，配套系统设计的过程具体包括以下步骤：
根据循环的流量和水冷烟罩的进口压强，确认配套系统中主泵或备用泵的流量和扬程两个关键参数，确保泵的最佳效率点的扬程和流量同设计参数匹配；
设计温度、压力、流量传感器的测量范围：
0.1Pmin<Ps<5Pmax
0<Ts<5Tout
0<Qs<5Qin
其中，Pmin和Pmax分别表示压力传感器的最小和最大测量范围，Ts和Tout分别表示温度传感器的最小和最大测量范围，其中，Tout是冷却水出口的温度，Qs和Qin分别表示流量传感器的最小和最大测量范围，其中，Qin是冷却水进水的体积流量；
设计冷却塔的冷却功率，采用如下公式：
P＝ρQinCp(Tout-Tin)
其中，P表示冷却塔的冷却功率，ρ表示冷却水的密度，Qin表示冷却水的进水体积流量，Cp表示冷却水的比热容。
8.一种冷却系统，其应用于如权利要求1-7所述的侧吹转炉水冷活动烟罩设计方法，其特征在于，所述冷却系统包括主泵、备用泵、水箱、冷却塔、紧急排水泵、紧急排水阀、进水阀、压力传感器、流量传感器、温度传感器、水冷活动烟罩、出水阀、排空阀；
主泵，用于产生足够的压力使得介质水能够在冷却系统内循环；冷却系统还包含备用泵，用于在主泵发生故障时作为替换，保证冷却系统正常运行；水箱，用于储存用于介质水，水箱中安装有水位监测器，用于监测水箱内实时水位，冷却塔用于冷却被水冷活动烟罩加热的高温介质水；
冷却塔包含表冷器、外壳、排风系统、预冷区、喷淋系统和电源系统，冷却塔和水箱连接，经冷却塔冷却后的介质水流回水箱；
水冷活动烟罩的出水管路连接冷却塔，用于排放高温介质水；紧急排水泵用于在紧急情况下抽出水冷活动烟罩和管路中的介质水，紧急排水阀用于控制紧急排水管路通道的开启和关闭；紧急排水泵一侧连接在水冷活动烟罩的进水管路，一侧连接水箱；
介质水管路用于连接水冷活动烟罩进/出水管、冷却塔和水箱，连接水箱和水冷活动烟罩的介质水管路上安装有进水阀，用于开启和关闭进水通道；
连接水箱和水冷活动烟罩的介质水管路上安装有压力传感器，用于监测进水压力，连接水箱和水冷活动烟罩的介质水管路上安装有流量传感器用于监测进水流量，连接水箱和水冷活动烟罩的介质水管路上安装有温度传感器用于监测进水温度。
9.根据权利要求8所述的冷却系统，其特征在于，连接冷却塔和水冷活动烟罩的介质水管路上安装有出水阀，用于开启和关闭出水通道，连接冷却塔和水冷活动烟罩的介质水管路上安装有压力传感器，用于监测出水压力，连接冷却塔和水冷活动烟罩的介质水管路上安装有流量传感器，用于监测出水流量，连接冷却塔和水冷活动烟罩的介质水管路上安装有温度传感器，用于监测出水温度；连接冷却塔和水冷活动烟罩的介质水管路上安装有排空阀，用于排出管路内混入的空气。
10.根据权利要求8所述的冷却系统，其特征在于，智能控制台包括自动控制和手动控制两种工作模式，用于控制和监测冷却系统；智能控制台控制主泵、备用泵、紧急排水泵、冷却塔、进水阀、出水阀的开启和关闭。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015215772A (ja) * 2014-05-12 2015-12-03 株式会社東芝 伝熱シミュレーション装置および伝熱シミュレーション方法
CN109657372A (zh) * 2018-12-24 2019-04-19 成都安世亚太科技有限公司 一种新型的管壳式换热器多尺度耦合协同换热模拟方法
CN111118250A (zh) * 2020-01-08 2020-05-08 唐山市三川钢铁机械制造有限公司 一种减小冷却水阻力损失的氧枪结构
CN112941264A (zh) * 2021-03-24 2021-06-11 中冶南方工程技术有限公司 一种转炉烟气干式净化及余热回收系统和方法
CN113462905A (zh) * 2021-07-29 2021-10-01 云南铜业股份有限公司西南铜业分公司 一种卧式侧吹转炉的水冷活动烟罩
WO2023065719A1 (zh) * 2021-10-21 2023-04-27 西安热工研究院有限公司 一种锅炉炉膛数值模拟与水动力协同集成计算方法
CN117371343A (zh) * 2022-06-30 2024-01-09 清华大学 一种用于高温气冷堆换热装置温度分布的分析方法及系统

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015215772A (ja) * 2014-05-12 2015-12-03 株式会社東芝 伝熱シミュレーション装置および伝熱シミュレーション方法
CN109657372A (zh) * 2018-12-24 2019-04-19 成都安世亚太科技有限公司 一种新型的管壳式换热器多尺度耦合协同换热模拟方法
CN111118250A (zh) * 2020-01-08 2020-05-08 唐山市三川钢铁机械制造有限公司 一种减小冷却水阻力损失的氧枪结构
CN112941264A (zh) * 2021-03-24 2021-06-11 中冶南方工程技术有限公司 一种转炉烟气干式净化及余热回收系统和方法
CN113462905A (zh) * 2021-07-29 2021-10-01 云南铜业股份有限公司西南铜业分公司 一种卧式侧吹转炉的水冷活动烟罩
WO2023065719A1 (zh) * 2021-10-21 2023-04-27 西安热工研究院有限公司 一种锅炉炉膛数值模拟与水动力协同集成计算方法
CN117371343A (zh) * 2022-06-30 2024-01-09 清华大学 一种用于高温气冷堆换热装置温度分布的分析方法及系统

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
周雪鹿;: "氧气顶吹转炉闭式循环水冷及余热回收系统的实践", 科技创新与应用, no. 11, 18 April 2016 (2016-04-18) *
闫永欣;夏辉;: "150t转炉汽化冷却系统改造及应用", 节能, no. 09, 15 September 2016 (2016-09-15) *

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