米沙等：空气外掠钢渣颗粒准则关系式及其影响因素 ·1245· Nu=0.577Re59-0.245. (15) 9.72增大到12.26，增幅26.13%：当u,=3.16ms1 3mm钢渣颗粒： 时，d.由1mm增大到3mm,对应平均Nu数则由9.72 Nu=0.424Res+0.721. (16) 增大到16.19，增幅66.56%.同样分析其他工况，发现 由表1分析发现随着绕流熔渣的空气流速的增 粒径的大小对换热的影响比空气流速更为突出，因而 大，R随之增大，经计算不同粒径钢渣相对应的平均 钢渣粒径应控制在一定范围内，有利于强化换热 Wu数随之增大，因而表现的平均表面换热系数随着的 表1不同d,及u,时Re的变化 空气流速的增大而增大.如表1中，对于直径为d。=1 Table 1 Change of Re at different values of d and u mm,d。=2mm及d。=3mm的渣粒取相同的空气流速 d./ u/(m's-1) u。,分别为3.11、3.88和4.66ms,分析发现当流速 mm0.781.551.942.333.113.884.666.217.219.32 一定时，随着钢渣粒径的增大，平均u数增大，则量 -100 -200250300400500600 纲一的形式的平均表面换热系数随着粒径的增大而减 100200250300400500600- 小，在同样的空气流速下，随着粒径的增大换热能力 150300375400600750900 减弱. 在d。=1mm时，当u由3.11ms增大到4.66 图3给出直径为1、2和3mm渣粒，平均Nu数实 ms时，在速度增幅49.84%，对应平均u数则由 验与数值计算结果对比. 18 18 16 ◆数值计算 a 6 ◆数值计算 b 量实验 ·实验 14 14 12 12 10 10 8 8 6 6 4 2 2 0 100 200300400500600700 100 200300400500600700 Re Re 25 ◆数值计算 县实验 20 10 200 400 600 800 1000 Re 图3不同渣粒实验与数值计算结果对比.(a)1mm:(b)2mm;(c)3mm Fig.3 Comparison of experimental and numerical results for different particle sizes:(a)1 mm:(b)2mm:(c)3 mm 数值计算与实验之间的误差并不大，最小误差在 通过实验与数值计算所得结果发现，数值计算结 3.3%,而最大误差在20.3%，其余计算误差在 果总体上要比实验计算结果略高，这是由于数值计算 12.70%以内.本实验所得Nu实验关联式与Ranz和 能够保证最理想的绝热等计算环境.随着R数的增 Marshall公式计算结果非常接近.在Re=250时流 加实验与数值计算误差越来越小，从图中可见计算结 体外掠球体的u数，Bagchi等n计算得到的平均 果整体上拟合度较好，说明本数值计算采用的SST模 Nu=9.95,Richter和Nikrityuk计算得到的平均 型的可信性和准确性，采用气相域计算所得平均表面 u=10.014,而本文得到的平均Nu=10.25,与上述计 换热系数，作为液态钢渣颗粒与空气换热凝固过程的 算结果非常接近. 计算条件.米 沙等: 空气外掠钢渣颗粒准则关系式及其影响因素 Nu = 0. 577Ｒe 0. 539 － 0. 245． ( 15) 3 mm 钢渣颗粒: Nu = 0. 424Ｒe 0. 563 + 0. 721． ( 16) 由表 1 分析发现随着绕流熔渣的空气流速的增 大，Ｒe 随之增大，经计算不同粒径钢渣相对应的平均 Nu 数随之增大，因而表现的平均表面换热系数随着的 空气流速的增大而增大． 如表 1 中，对于直径为 dp = 1 mm，dp = 2 mm 及 dp = 3 mm 的渣粒取相同的空气流速 ug，分别为 3. 11、3. 88 和 4. 66 m·s － 1 ，分析发现当流速 一定时，随着钢渣粒径的增大，平均 Nu 数增大，则量 纲一的形式的平均表面换热系数随着粒径的增大而减 小，在同样的空气流速下，随着粒径的增大换热能力 减弱． 在 dp = 1 mm 时，当 ug由 3. 11 m·s － 1 增大到 4. 66 m·s － 1 时，在速度增幅 49. 84% ，对 应 平 均 Nu 数 则 由 9. 72 增大到 12. 26，增幅 26. 13% ; 当 ug = 3. 16 m·s － 1 时，dp由 1 mm 增大到 3 mm，对应平均 Nu 数则由 9. 72 增大到16. 19，增幅66. 56% ． 同样分析其他工况，发现 粒径的大小对换热的影响比空气流速更为突出，因而 钢渣粒径应控制在一定范围内，有利于强化换热． 表 1 不同 dp及 ug时 Ｒe 的变化 Table 1 Change of Ｒe at different values of dp and ug dp / mm ug /( m·s － 1 ) 0. 78 1. 55 1. 94 2. 33 3. 11 3. 88 4. 66 6. 21 7. 21 9. 32 1 ― 100 ― ― 200 250 300 400 500 600 2 100 200 250 300 400 500 600 ― ― ― 3 150 300 375 400 600 750 900 ― ― ― 图 3 给出直径为 1、2 和 3 mm 渣粒，平均 Nu 数实 验与数值计算结果对比． 图 3 不同渣粒实验与数值计算结果对比． ( a) 1 mm; ( b) 2 mm; ( c) 3 mm Fig． 3 Comparison of experimental and numerical results for different particle sizes: ( a) 1 mm; ( b) 2 mm; ( c) 3 mm 数值计算与实验之间的误差并不大，最小误差在 3. 3% ，而 最 大 误 差 在 20. 3% ，其 余 计 算 误 差 在 12. 70% 以内． 本实验所得 Nu 实验关联式与 Ｒanz 和 Marshall ［13］公式计算结果非常接近． 在 Ｒe = 250 时流 体外掠球 体 的 Nu 数，Bagchi 等［14］ 计算得到的平均 Nu = 9. 95，Ｒichter 和 Nikrityuk ［15］ 计算得到的平均 Nu = 10. 014，而本文得到的平均 Nu = 10. 25，与上述计 算结果非常接近． 通过实验与数值计算所得结果发现，数值计算结 果总体上要比实验计算结果略高，这是由于数值计算 能够保证最理想的绝热等计算环境． 随着 Ｒe 数的增 加实验与数值计算误差越来越小，从图中可见计算结 果整体上拟合度较好，说明本数值计算采用的 SST 模 型的可信性和准确性，采用气相域计算所得平均表面 换热系数，作为液态钢渣颗粒与空气换热凝固过程的 计算条件． ·1245·