流化床中氢气直接还原铁矿石：一种粗粒化CFD-DEM-IBM研究
流体动力学
2023-11-08 v1
摘要
氢冶金技术使用氢气作为还原剂替代碳还原，是减少二氧化碳排放、保障钢铁工业绿色可持续发展的重要途径之一。由于气固接触效率高以及质量与传热性能突出，流化床中铁矿石直接还原备受关注。在本研究中，开发了一种基于CPU-GPU混合计算的粗粒化CFD-DEM-IBM求解器，用于模拟流化床中两类铁矿石的氢气直接还原过程，其中采用基于多反应路径的未反应收缩核模型来建模还原反应，粗粒化模型与多GPU实现了粒子计算的显著加速，而浸没边界法(IBM)使得即使在反应器复杂几何中也能使用简单网格。粒子还原度的预测结果与实验值吻合良好，证明了CFD-DEM-IBM求解器的正确性。此外，还研究了反应动力学参数与操作温度对粒子还原度的影响。本研究为炼铁反应器的数字化设计、优化与放大提供了一种方法。
引用
@article{arxiv.2311.03908,
title = {Direct reduction of iron-ore with hydrogen in fluidized beds: A coarse-grained CFD-DEM-IBM study},
author = {Bin Lan and Ji Xu and Shuai Lu and Yige Liu and Fan Xu and Bidan Zhao and Zheng Zou and Ming Zhai and Junwu Wang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2311.03908},
year = {2023}
}