U型辐射管性能研究与燃烧过程数值模拟

论文摘要

辐射管是热镀锌板生产线上重要的加热装置,但是在国内的加热装置中,普遍存在着辐射管表面温度分布不均匀,烟气中NOx排放量过高,辐射管寿命较短等问题,因此对辐射管的性能进行进一步的研究和优化就显的非常重要。本文以U型辐射管为研究对象,按照1:1的几何比例建立了可视化热态试验装置,对辐射管的整体性能进行了研究,依靠可靠、实用的钢制拉杆,可以有效的控制助燃空气的分配比例,取得较好的效果。在热态试验过程中,重点研究了辐射管的阻力特性,辐射管表面温度分布以及NOx的影响因素,并且对三种规格的换热器进行了计算。结果表明:①换热器的阻力损失在辐射管总阻力损失中占到了64%,在辐射管的阻力损失中占据主导地位。②增大二次风量,提高助燃空气预热温度,提高炉膛温度,改变燃烧筒的长度都可以改善辐射管表面温度分布。③拉长火焰长度可以降低辐射管内火焰的最高温度,抑制NOx的生成,同时,空气预热温度,燃烧筒长度的变化也对NOx的生成有一定的影响。④通过对内翅片、外翅片以及内外翅片三种换热器的计算,内外翅片换热器的综合传热系数达到29.3 w/(m2·℃),温度效率达到33.4%。在实验研究的基础上,通过建立燃烧数学模型,对辐射管内的燃烧过程进行了数值模拟,数值模拟研究工作能够正确反映辐射管内的燃烧特征,模拟结果与实验结果基本一致。并重点研究了分级燃烧中一、二次空气比例的变化对燃烧过程的影响,以及对NOx生成的影响。同时对人们关心的辐射管内燃烧状态下的温度场、流场及组分分布进行了模拟研究,丰富了对辐射管燃烧技术的认识和理解。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 燃气辐射管简介
• 1.2.1 燃气辐射管的结构与工作原理
• 1.2.2 燃气辐射管的分类
• 1.3 燃气辐射管的研究现状和存在的问题
• 1.3.1 国内外研究现状
• 1.3.2 存在的问题
• 1.3.3 燃气辐射管的发展方向
• 1.4 问题的提出和本论文研究的内容
• 2 实验研究概况
• 2.1 实验台及其系统介绍
• 2.1.1 辐射管本体
• 2.1.2 保温罩
• 2.1.3 拉杆
• 2.1.4 空气和燃气供给系统
• 2.2 实验测试系统
• 3 辐射管性能实验研究
• 3.1 辐射管点火特性实验研究
• 3.2 烧嘴调节比
• 3.3 煤气孔板的冷态实验
• 3.4 辐射管阻力特性研究
• 3.4.1 鼓风情况下阻力特性分析
• 3.4.2 引射情况下阻力特性分析
• 3.5 引射风压与煤气流量的P-V 关系
• 3.6 辐射管表面温度分布
• 3.6.1 一次、二次进风量对辐射管表面温度的影响
• 3.6.2 空气预热温度对辐射管表面温度的影响
• 3.6.3 炉膛温度对辐射管表面温度的影响
• 3.6.4 烧嘴位置对辐射管表面温度分布的影响
• 3.6.5 不同辐射管表面温度分布的对比
• 3.6.6 与鼓风相比辐射管表面温度分布的差异
• x 排放量的实验研究'>3.7 降低辐射管中NO_x排放量的实验研究
• x 的生成机理'>3.7.1 NO_x的生成机理
• 3.7.2 分段燃烧对 NOX 的抑制
• x 的影响'>3.7.3 空气预热温度对NO_x的影响
• x 的影响'>3.7.4 燃烧筒的长度对NO_x的影响
• 3.8 本章总结
• 4 换热器的计算与选取
• 4.1 换热器对辐射管性能的影响
• 4.2 换热器换热性能研究
• 4.2.1 换热器性能的理论计算
• 4.2.2 换热器性能的试验研究
• 4.3 本章总结
• 5 U 型辐射管燃烧过程的数值模拟
• 5.1 燃烧模型
• 5.2 数值模拟概况
• 5.2.1 模型建立和基本假设
• 5.2.2 网格化的完成及数值模拟工况的设计
• 5.3 数值模拟结果及分析
• 5.3.1 助燃空气分级燃烧对辐射管表面温度的影响
• 5.3.2 辐射管内燃料分布
• x的影响'>5.3.3 分级燃烧对NO_x的影响
• 5.4 数值模拟结果与实验结果的对比以及误差的分析
• 5.5 数值模拟结论
• 6 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 下一步研究建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录