铁水包KR搅拌脱硫仿真

Kanbara reactor的简称(KR法工作原理), KR法最早是由日本1965年开发的，它是将浇注耐火材料并经过烘烤的十字形搅拌头，浸入铁水包熔池一定深度，利用在大型搅拌器激烈搅拌作用下产生的漩涡，使氧化钙或碳化钙基脱硫粉剂与铁水充分接触反应，达到脱硫目的。其优点是动力学条件优越，金属损失少，有利于采用廉价的脱硫剂如CaO，脱硫效果比较稳定，效率高(脱硫可至≤0.005 %) ，脱硫剂消耗少，适应于低硫品种钢要求高、比例大的钢厂采用。不足是，设备复杂，一次投资较大，脱硫铁水温降较大。百度百科-kr搅拌

上面左图里面红色为铁水，黄色为搅拌桨；右图为kr搅拌桨。

一、建立几何模型

上面三个图形分别为：铁水包（铁水容器）内腔流域几何模型，搅拌桨几何模型，组合（铁水包内腔减去搅拌桨）模型。

二、多重参考系模型

我们采用MRF模型来处理搅拌桨的转动，MRF（Multiple Reference Frame）模型是一种定常计算模型，模型中假定网格单元做匀速运动，这种方法适用于网格区域边界上各点的相对运动基本相同的问题。大多数时均流动都可以用MRF 模型进行计算，特别是运动网格区域与静止网格区域间的相互作用比较微弱时可以使用MRF 模型进行计算，例如搅拌器内流场计算、泵和风机内流场计算等等。MRF 模型的另一个用途是用来为滑动网格模型计算提供初始流场，即先用MRF 模型粗略算出初始流场，再用滑动网格模型完成整个计算。我们将整个计算域分割成2个域，外围的静态域，以及包裹搅拌桨桨叶的旋转域（严格来说，旋转需要包裹整个搅拌桨叶，为了节省计算资源，本次计算采用简化方法），两个域的交界面完全重合。

三、网格划分

针对2个区域分别划分六面体网格，并组合网格

四、关键数学模型

1、湍流模型选择k-Epsilon模型，近壁区湍流粘度计算采用Scalable wall function计算

2、多相流模型采用VOF模型，忽略表面张力对界面影响

五、计算结果

上面左图流场矢量图，箭头方向代表流动方向，箭头颜色代表流速大小，右图为流速分布图

上面左图为铁水体积分布图，右图中曲面为铁水自由表面，颜色代表自由表面的流速分布

上面左图为铁水包壁壁面剪切力分布，右图为搅拌桨叶壁面剪切力分布。