Page 10 - 国外钢铁技术信息内参（2023年2月）

始和边界条件，求解并得到流体的运动。在流体分析中要解决的变量包括 u、v、

w 和压力р的四个变量。方程式也有四个，连续性方程中包含速度成分但不包含

压力。为此，开发出各种方法来连接这四个方程式以获得速度场和压力场。由于

问题复杂，并且使用许多分析软件，没有必要掌握其详细信息，所以本文不做赘

述，但是如果感兴趣，可以参考很多出版物。

在热流分析中，将伴随流体运动的热量传输与上述流体运动相结合进行分析。

流体的热平衡公式由下式给出。

 (  (  (  (  ( T  )   ( T  )   ( T  )  S （14）
wh )
h )
uh )
h )
t  x  y  z  x  x  y  y  z  z  h
公式中 Sh是生成项，包括伴随反应的吸发热、与多相的热交换和外部加热
等的速度。另外，在该式中，左边的累积及移流项用焓 h表示，相当于右边的热

扩散的热传导项用温度 T表示。在求解该公式的基础上，根据对象适当改变温度

和焓，然后求解焓或温度。

在包括反应过程的分析中，反应速率通常取决于反应物的浓度，因此需要了

解反应过程中对象化学物质的浓度分布。分布通过化学物质的守恒方程式分析化

学物质的浓度。

 (  )  (   (  )  (   ( D   )   ( D   )   ( D   )  S （15）
u )
w )
i
i
i
t  i x  i y  i z  i x  i x  y  i y  z  i z   i
式中ω i为流体中的化学物质“i”的质量分数[-]，按照生成项 Sω i，评价伴随
化学反应和相变化的对象化学物质的生成消失。反应或热交换等上述公式中的生
成项所包含的速度公式因减少而不同，但如果将式（9）和（11）～（15）联立

求解，则能够表现出反应过程中的流体的热量流动特性。

工业反应过程中流体的流动状态通常为湍流。湍流内部的湍流运动也可以通

过上述运动方程式表达，但湍流产生的涡流或湍流中在空间、时间上有以非常小

的尺度产生的运动，如果直接应用运动方程式来表现该运动，则在空间中应配置

的网格数量就变得非常庞大，分析的时间刻度也需要非常短，附加计算变得庞大。

在以湍流本身的特性为对象的情况下，也使用被称为直接数值仿真法 DN（Direct

Numerical Simulation）进行分析，但用于反应过程分析还不现实。为此，采用

各种方法对湍流特性进行了建模，开发出以 k-ε模型和 k-ω模型等为代表的很多

CSM 中国金属学会 CMISI 冶金工业信息标准研究院
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