پديد آورنده :
خسروي نسب، رحيم
عنوان :
شبيه سازي احتراق در فرآيند فستمت
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
تبديل انرژي
محل تحصيل :
اصفهان: دانشگاه صنعتي اصفهان، دانشكده مهندسي مكانيك
صفحه شمار :
نوزده، 90ص.: مصور
استاد راهنما :
محسن دوازده امامي
استاد مشاور :
مسعود پنجه پور
توصيفگر ها :
كوره بستر دوار , احيا مستقيم , كسر اكسيژن اكسيدهاي آهن و تشعشع
استاد داور :
محمدرضا سليم پور، احمد صابونچي
تاريخ ورود اطلاعات :
1395/06/03
چكيده فارسي :
چكيده در فرآيند فسكتمت واكنشهاي ناهمگن از نوع جامد گاز نظير احياي هماتيت به مگنتيت مگنتيت به وسكتيت وستيت به آهن و كربن به مونواكسككيدكربن در فصككل مشككترش واكنشدهندهها ميتواند انجام پذيرد در پژوهش حاضككر اين واكنشها بهصككورت بسككتر فشككرده موردبررسكي قرارگرفته اسكت اكرر محققين براي پيشبيني فرآيند احيا مدل رياضي يك بعدي ارائه دادهاند با توجه به تأثيرپذيري شديد احيا از دما ميزان احيا در نمونههايي كه تقارن دمايي ندارند بايد بررسي شود ازاينرو هدف اصلي در اين پژوهش بررسي اثر عدم تقارن در شكرايط مرزي دمايي بر ميزان احيا اسكت يكي از پارامترهاي مهم در توزيع دما در بسكتر ضكريب هدايت گرمايي مؤثر بسكتر است لذا ك فرمولهاي هدايت مؤثر مختلف بررسكي نتايج با دادههاي آزمايشكگاهي مقايسه و فرمول مناسب ارائه شده است در پژوهش حاضر بستر حاوي ذرات مگنتيت و زغالسكنگ مدلسكازي و بهصكورت عددي شكبيهسكازي شكده اسكت يك مدل ناپايا و تقارن محوري براي بسكتر ك ك ك كك ك ك ك اسكتوانهاي شكل با حل كامل معادالت انتقال ارائهشده و با افزودن مدولهاي الزم توسط برنامهنويسي در محيط نرمافزار فلوئنت حل شده اسكت اين بستر توسط يك كورهي الكتريكي از مقطع گرما ميگيرد در اين پژوهش اثر توليد گونههاي محبوس شده در زغالسنگ در واكنشها اثر توزيع كسكر جرمي گونهها بر نرخها عوامل مؤثر بر انتقال گرما مقايسكه شكار نفوذ و جابجايي و كسكر اكسيژن اكيسدهاي آهن بررسكي شكده اسكت گونههاي آزادشكده مانند CO و 2 CO از زغالسكنگ عامل شكروع واكنشهاي احيا ميباشكند همچنين مواد ك ك ك ك آزادشككده بر سككرعت واكنشها اثرگذار اسككت واكنش احياي مگنتيت به وسككتيت پيشككروي بيشككتري نسككبت به ديگر واكنشها به دليل حسكاسيت كمتر نسبت به دما دارد لذا مونواكسيدكربن در دماي باال توليد ميشود مونواكسيدكربن توليد شده به دليل اختالف غلظت به مكان با دماي كمتر نفوذ ميكند در شكار نفوذ مونواكسكيدكربن دو بيشينه در زمانهاي مختلف در بستر وجود دارد كه به دليل نرخ باالي مصكرف CO در بين اين دو بيشكينه اسكت بين اين دو بيشكينه انتقال CO توسكط جابجايي انجام ميشكود و مقدار شكار نفوذ CO كمتر از ك ك ك ك ك جكابجكايي اسكككت بنكابراين ميتوان نتيجه گرفت كه جابجايي و نفوذ هر دو در انتقال گونهي CO نقش دارند با افزايش شكككار CO نرخ واكنشها افزايش مييابد كه باعث توليد گونههايي مانند وستيت و آهن ميشود با افزايش مقدار وستيت و آهن در بستر هدايت گرمايي به ترتيب كاهش و افزايش مييابد عامل مهم ديگر در تغيير رفتار دما مصككرف گرما توسككط واكنش كربن به مونواكسككيدكربن اسككت كه باعث تورفتگي تغيير ش كيب در منحني دما ميشككود در اين تحقيق نرخ و غلظت گونههاي جامد مانند مگنتيت وسككتيت و آهن در طول بسكتر محاسكبه و بر اسكاس آن كسكر اكسيژن اكسيدهاي آهن در شعاعهاي مختلف بررسي شده است به دليل شرط مرزي نامتقارن دمايي كسكر اكسكيژن اكسكيدهاي آهن تغييرات بيش از 15 درصكدي در شعاع 52 ميليمتر نسبت به خط محور دارد اين موضوع نشان ميدهد حكل يكك بعكدي احيكا در نمونكههايي كه تقارن دمايي ندارد خطاي قابل توجهي در ميزان آهن توليد شكككده ارائه ميدهد در اين تحقيق همچنين كوره بسكتردوار به منظور پيدا كردن توزيع دما در بستر شبيهسازي شده است با توجه به توزيع نايكنواخت شار تشعشع در كوره اختالف دما در عرض بسككتر در ناحيه احيا اول 19 كلوين به دسككت آمده اس كت بنابراين به دليل اثر قابل توجه تغيير دما بر كسككر اكس كيژن اكسيدهاي آهن بهتر است از مدل دوبعدي در پيشبيني احيا در كورهبستر دوار استفاده شود كلمات كليدي فرآيند فستمت كوره بستردوار احيا مستقيم كسر اكسيژن اكسيدهاي آهن و تشعشع
چكيده انگليسي :
Simulation of Combustion in FASTMET Process Rahim khosravi Nasab rahim khosravi@me iut ac ir Date of Submission 2016 06 22 Department of Mechanical Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 Iran Degree M Sc Language Farsi Supervisor Mohsen Davazdah Emami mohsen@cc iut ac ir AbstractIn FASTMET process solid gas heterogeneous reactions such as reduction of hematite to magnetite magnetite to wustite wustiteto iron and carbon to carbon monoxide among reactants are possible In this research these reactions in a packed bed are studied Most researchers have pursued one dimensional mathematical models to predict the reduction process Due to extreme effects oftemperature on the reduction process the degree of reduction in cases with temperature profiles across the bed is considered in thepresent study Therefore the main goal of this study is to evaluate the effects of a 2D temperature field on the degree of reduction In this research a bed containing magnetite and coal particles is modelled and numerically simulated An unsteady and axisymmetricmodel for a cylindrical bed is presented and the governing equations are solved by adding the necessary macros in the FLUENTcode The simulated bed is heated by an electric furnace The present study investigates the effect of volatile species of coal onreactions the effect of mass fraction distribution of species on reaction rates factors affecting heat transfer comparing convectiveand diffusive flux and oxygen fraction of iron oxides Gas species such as CO and CO2 released from coal are agents for initiatingthe reduction process Magnetite reduction to wustite appears to be more progressive than other reactions because it is less sensitiveto temperature so CO is produced at high temperatures The generated carbon monoxide is diffused to the location with lesstemperature due to concentration gradients The diffusive flux profile comprises two extremum points at different times because ofhigh consumption rate of CO Between these two points the transport mechanism is mainly due to convection and the diffusive fluxis less than convection flux Therefore it can be concluded that both convection and diffusion are important in CO transport Reaction rate increases with increasing CO pressure that contributes to formation of wustite and iron Increasing the amount ofwustite decreases thermal conductivity whereas increasing the amount of iron increases the conductivity In this study the rate andconcentration of solid species such as magnetite wustite and iron along the bed are determined and oxygen fraction of iron oxidesat different radial locations have been calculated based on these rates Due to the existence of temperature profile in radial direction oxygen fraction of iron oxides shows more than 50 percent difference between radial location of 0 and 25 mm This shows that oneand two dimensional solutions under non symmetrical thermal boundary conditions could produce predictions with significantdifferences Moreover in this work a rotary hearth furnace is simulated to find out the temperature distribution in such bed Becauseof non uniform distribution of radiation and convection heat flux in furnace a temperature difference of 90 K in the first reductionzone is obtained Consequently due to significant effects of temperature change on oxygen fraction of iron oxides two dimensionalmodels is considered suitable in rotary hearth furnace modeling Keywords FASTMET Process Direct Reduction Rotary Hearth Furnace Oxygen Fraction of Iron Oxidesand Radiation
استاد راهنما :
محسن دوازده امامي
استاد مشاور :
مسعود پنجه پور
استاد داور :
محمدرضا سليم پور، احمد صابونچي
