分解炉科学计算可视化研究 (2001年)

在2001年的研究论文“分解炉科学计算可视化研究”中，研究者吴飞和钟珞详细探讨了如何运用科学计算可视化方法对分解炉内部过程进行分析和模拟。该研究的目的是为了更直观地理解分解炉内部复杂的物理和化学反应过程。分解炉是一种应用在水泥生产中的关键装置，其功能是在高温下促使生料中的碳酸钙(CaCO3)分解为氧化钙(CaO)和二氧化碳(CO2)。这篇论文强调了科学计算可视化技术在理解和优化分解炉操作中的重要性。 研究者建立了分解炉内部气固两相流动、煤粉燃烧和CaCO3分解过程的数学模型，并提出相应的数值解法。数学模型的建立是研究的第一步，涉及到气相揣流模型、气相燃烧模型、颗粒揣流模型、煤粉燃烧模型和CaCO3分解动力学模型。这些模型能够描述分解炉内发生的复杂流动和反应过程，是理解炉内过程的基础。 在数值模拟方面，研究者采用了SIMPLER算法来求解控制方程组，这是一种求解流体流动和热传递问题的数值方法。接着，通过随机轨道方法跟踪颗粒在流场中的运动，计算颗粒的源项，并将这些源项整合到气相控制方程组中。这一系列操作持续进行，直至计算结果满足精度要求。 可视化技术是研究的另一个核心内容。可视化系统的主要组成部分是温度场和流场的可视化。温度场的可视化对于直观反映炉内温度及其分布范围的变化至关重要。其方法包括等值线图、彩色云图、线架曲面图以及等值面和切片图。二维温度场可视化常用等温线图和彩色云图，它们通过网格插值法生成等温曲线，或根据物理量的不同值用不同颜色填充网格。而三维温度场的可视化则更为复杂，需要解决离散场向连续场转换的问题，通过数学方法确定非网格点的温度值。 此外，研究还涉及到了炉内流场的可视化技术，这对于理解炉内气体流动和混合状况至关重要。流场分布的可视化有助于研究人员直观地观察到炉内的气流分布、流速等关键参数。 通过对分解炉内部过程的科学计算和可视化，研究者能够更好地理解炉内的工作机理，从而为提高分解炉的工作效率和产品品质提供科学依据。这种方法不仅能够减轻窑内锻烧带的热负荷，还能缩小窑的规格、延长衬料的使用寿命，并有助于减少大气污染。科学计算可视化技术的应用在工业生产中具有重要意义，它提高了过程控制和优化的能力，有助于实现生产过程的自动化和智能化。