φ ) λ sl+ φ λ g ;
[0049] Φ为多孔介质的孔隙率，无量纲；
[0050] P、P sl、P g分另ll为气液固三相、固液两相和气相的密度，kg/m3 ;
[0051] τ 为时间，s;
[0052] Msl、Mg分别为反应带来的固液两相和气相质量的变化，kgAm3 · s);
[0053] r为微观单颗粒微元体的半径，m ;
[0054] Dm为气相的有效质量扩散率，m2/s ;
[0055] Cp、Csl、Cg分别为气液固三相、固液两相和气相的比热，X/(kg · K);
[0056] T 为温度，K ;
[0057] λ、λ sl、λ g分别为气液固三相、固液两相和气相的热导率，W/(m · K);
[0058] Λ qv为反应带来的热量变化，W/m3 ;
[0059] β "为微观单颗粒微元体表面的传质系数，m/s ;
[0060] P g,"为微观单颗粒微元体表面来流的密度，kg/m3 ;
[0061 ] hsa为对流换热系数，WAm2 · K);
[0062] Asa 为比表面积，m2/m3 ;
[0063] Tgi "为微观单颗粒微元体表面来流的温度，K ;
[0064] εη为黑度，无量纲；
[0065] σ 为 Stefan-Bolzmann 常数，W/ (m2 · Κ4);
[0066] Λ Hk为化学反应焓变，J/kg。
[0067] 根据本发明所述的仿真方法，所述的烧结床层宏观数学模型的控制方程如下：
[0068] 宏观气相质量守恒方程为
；.
[0069] 宏观固相能量守恒方程为：
[0070]
[0071] 宏观气相能量守恒方程为：
[0072]
[0073] 定解条件如下：
[0074] τ = 〇 时：巧二!；0，
[0075] y = 〇 时：Tg = Tg，in, ug = ug，in, ρ g = ρ g，in，
[0076]
[0077] 且在烧结不同阶段，Tg，in、ug， in、Pg，in具有不同的取值；
[0078] 式中：
[0079] ugiin、ug分别为宏观气相进入宏观料层上表面和流过料层内部的速度，m/s ;
[0080] y为料层闻度，m ;
[0081] Ps为宏观固相的密度，kg/m3;
[0082] Cps、Cpg分别为宏观固相和宏观气相的比热，X/(kg · K);
[0083] λ s为宏观固相的热导率，W(m · K);
[0084] Ts、Tg分别为宏观固相和宏观气相的温度，K ;
[0085] P为化学反应产生热量被宏观固相吸收的比率，无量纲；
[0086] Tgiin为宏观气相进入宏观料层上表面的温度，K ;
[0087] Ρ &ιη为宏观气相进入宏观料层上表面的密度，kg/m3 ;
[0088] 本发明达到的有益效果：本发明通过建立微观上的单颗粒微元体机理模型，并基 于此建立高温废气循环烧结工艺的宏观料层数学模型，将水分迁移、石灰石分解、焦粉燃烧 等显著影响烧结过程的热效应通过微观机理模型进行求解，并将结算结果加权为宏观模型 的质量源项与热量源项，从而在机理上更加贴近实际烧结过程，提高模拟精度。
[0089] 利用数值计算方法对烧结过程进行数值模拟并实验验证，对准确掌握烧结过程的 传热规律，提高烧结矿的产量和质量有重大的支撑作用。本发明的数学模型是在综合全面 地考虑了烧结机内流动/传热/燃烧和化学反应等诸多热现象的基础上建立的，利用该模 型可以对不同布料厚度、台车速度、混料预热温度、进口气体流量/温度/氧含量、混料水分 /石灰石/焦粉含量等影响烧结过程的主要因素进行数值模拟计算和分析，从而模拟不同 生产工况下的烧结过程，通过模拟计算得到烧结终点的位置，提高烧结矿产量和质量，优化 烧结实际生产的过程控制。
【附图说明】
[0090] 图1是本发明的方法流程图；
[0091] 图2从实际燃料床到一维非稳态模型的转换示意图；
[0092] 图3本发明的小球微元体机理模型求解过程示意图；
[0093] 图4烧结床层宏观模型求解过程示意图；
[0094] 图5应用本发明方法模拟的不同料层高度下的固相温度变化曲线；
[0095] 图6应用本发明方法模拟的不同台车速度下的固相温度变化曲线；
[0096] 图7应用本发明方法模拟的不同混料预热温度下的固相温度变化曲线。
【具体实施方式】
[0097] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
[0098] 本发明首先建立烧结机内流动/传热/燃烧和化学反应过程物理模型，在对其进 行必要的简化假设的基础上，建立"烧结机内流动/传热/燃烧和化学反应过程数学模型"， 最后通过实际测量的烧结饼内各层温度来对所建立的数学模型进行验证与调整，全面的分 析并优化实际烧结过程中的控制参数与工艺参数。
[0099] 以往的烧结料层模型，均是建立宏观意义上的数学模型，对于模型中反应热量的 处理过于粗糙，因而计算准度稍显不足。针对这个问题，本发明拟建立微观上的单颗粒微元 体机理模型，并基于此建立高温废气循环烧结工艺的宏观料层数学模型，将水分迁移、石灰 石分解、焦粉燃烧等显著影响烧结过程的热效应通过微观机理模型进行求解，并将结算结 果加权为宏观模型的质量源项与热量源项。从而在机理上更加贴近实际烧结过程，提高模 拟精度。
[0100] 如图1所示，本发明的具体实施过程如下：
[0101] 步骤1，建立烧结机内烧结料层的烧结过程物理模型：
[0102] 在烧结过程中，烧结料层经历了一个从上到下逐层烧结的过程，同时由于烧结是 连续生产过程，台车移动速度很慢，且在布料均匀的情况下，宽度方向上温度较均匀，可以 不考虑台车运动方向和台车宽度方向上的传输过程，所以，烧结可以简化为料层厚度方向 上的层状传输过程。
[0103] 图2为从实际烧结燃料床到一维非稳态模型的转换示意图。在烧结过程中，气体 从上向下流动，物料水平移动。气体与物料交叉流动换热，其物理模型如下：具有相同温度 Ts，高度为H。的物料以ws的速度与具有进口温度Tg, ιη的气体进行热交换。
[0104] 步骤2，建立单颗粒微元体微观数学模型：
[0105] 烧结料层在宏观上是由铁矿粉、熔剂、固体燃料等粉末堆积而成的具有一定孔隙 率和当量粒径的散料层，在烧结过程中随着高温带的下移分成烧结矿带、燃烧带、预热带、 干燥带和过湿带五个区，各个区域的空隙率和粒径等结构参数具有明显差异。微观上，烧结 混料在经过混合制粒过程中，各种粉末均匀混合并相互粘结后形成了具有一定粒径分布的 微元体颗粒，在烧结过程中该微元体内部发生强烈的物理化学反应，并通过微元体颗粒之 间的传热传质实现了热量的传递。
[0106] 单颗粒微元体微观数学模型控制方程如下：
[0107] ⑴质量守恒方程
[0108] 固相（包括液相）：
[0112] ⑵能量守恒方程
[0113]
[0114] :〇
[0115] ⑶定解条件
[0116] 将宏观料层均匀的划分为η等分，每个等分就是一个控制体。假设料层宏观模型 的控制体内的小球在每一个宏观计算步长内的环境条件（状态）保持不变，即气相温度、流 速、密度、压力、热导率、动力粘度、普朗特数均保持不变，并考虑局部热平衡，得到定解条件 如下：
[0117]
[0118]
[0119] 式中：
[0120] Φ为多孔介质的孔隙率，无量纲；
[0121] Ρ、P sl、P g分另ll为气液固三相、固液两相和气相的密度，kg/m3 ;
[0122] τ 为时间，s;
[0123] Msl、Mg分别为反应带来的固液两相和气相质量的变化，kgAm3 · s);
[0124] r为微观单颗粒微元体的半径，m ;
[0125] Deff为气相的有效质量扩散率，m2/s ;
[0126] Cp、Csl、Cg分别为气液固三相、固液两相和气相的比热，X/(kg*K);
[0127] T 为温度，K;
[0128] λ、λ sl、λ g分别为气液固三相、固液两相和气相的热导率，W/(m · K);
[0129] Λ qv为反应带来的热量变化，W/m3 ;
[0130] β "为微观单颗粒微元体表面的传质系数，m/s ;
[0131] P g,"为微观单颗粒微元体表面来流的密度，kg/m3 ;
[0132] hsa为对流换热系数，WAm2 · K);
[0133] Asa 为比表面积，m2/m3 ;
[0134] Tgi "为微观单颗粒微元体表面来流的温度，K ;
[0135] ε