Simulação Física E Matemática Da Penetração De De Gás Na Perna De Subida De Um Modelo Físico De Desgaseificador Rh

Abstract

ResumoO desgaseificador RH é um reator de refino secundário bem estabelecido. Nesse equipamento, gás inerte é usado para promover a circulação de aço entre a panela de aciaria e uma câmara de vácuo. A predição correta da dispersão de gás na perna de subida do RH é importante para a modelagem confiável do processo. O presente trabalho estudou a penetração de gás na perna de subida do RH por meio de modelos físico e matemático. No estudo, foram considerados apenas um ou dois bicos injetores e vazões de gás, por bico, entre 5l/min e 50l/min. Para as condições com um bico injetor, os resultados das duas abordagens mostraram boa concordância qualitativa. Já para as condições com dois bicos injetores, a concordância só foi satisfatória para vazões de até 30l/min por bico. Adicionalmente, os resultados obtidos indicaram que o problema de penetração de gás em modelos matemáticos de desgaseificador RH identificado na literatura está relacionado com erros numéricos e não com falhas na modelagem da física do problema. Palavras-chave: Desgaseificador RH; Modelo físico, Modelo matemático; penetração de gás. PHYSICAL AND MATHEMATICAL SIMULATION OF THE GAS PENETRATION IN THE UPPER LEG OF A PHYSICAL MODEL OF RH DEGASSER AbstractThe RH degasser is a well-established secondary refining reactor. In this equipment, inert gas is used to promote the circulation of steel between a steelmaking ladle and a vacuum chamber. The correct prediction of gas dispersion in the upper leg of RH is important to ensure a reliable modeling of the process. This work studied the gas penetration in the upper leg of RH by means of physical and mathematical models. Only one or two injectors were considered and gas flow rates, by injector, between 5l/min and 50l/min were employed. For cases with one injector, results from both approaches showed good qualitative agreement. On other hand, for cases with two injectors, the agreement was just satisfactory for gas flow rates up to 30l/min by injector. Additionally, the obtained results showed that the issue of gas penetration in mathematical models of RH degasser identified in the literature is related to numerical errors and does not stem from inadequate modeling of problem physics.

Influência Das Forças De Interação Líquido/Gás Na Análise via CFD Do Reator Rh

“…A utilização dos modelos para as forças de não-arrasto no modelamento do reator RH como proposto neste trabalho reduz consideravelmente os custos computacionais, sendo necessário apenas algumas horas para se obter resultados muito similares ao observado no modelo físico. Seu emprego apresenta grande vantagem frente à simulação em regime transiente como realizado em trabalhos anteriores (Braga et al [2], Ling et al [12]) e pode ser utilizado para se determinar resultados preliminares para o fluxo no interior do RH que serão utilizados como condição inicial de simulações em regime transiente, reduzindo o tempo computacional total para solução do problema.…”

“…No entanto, a influência de forças de não-arrasto (força de sustentação, de massa virtual, de dispersão turbulenta e de lubrificação das paredes) pode também ser importante para descrever com maior fidelidade as características do escoamento multifásico. Além disso, Braga et al [2] lembram que diversos modelos matemáticos não conseguiram boa representação da penetração de gás na perna de subida do reator RH, e que, em algumas previsões, o gás permanece aderido às paredes da perna de subida. E de acordo com Geng et al [3], a profundidade de penetração é o fator chave para determinar a distribuição do gás injetado, sendo que a saturação em fase gasosa no centro da perna de subida resulta na estabilização da taxa de circulação a partir de certa vazão.…”

“…Neste sentido, Braga et al [2] sugerem que o problema de penetração de gás identificado na literatura se deve a erros numéricos relacionados à discretização insatisfatórias das equações que governam o escoamento no desgaseificador RH. Utilizando modelos físico e matemático com apenas um ou dois bicos injetores de gás, para contornar tal problema, propuseram um modelo matemático em regime transiente, com uma malha substancialmente mais refinada e esquema de advecção de 2ª ordem para discretização do tempo.…”