台车式热处理炉炉膛内流场和温度场的数值模拟

论文摘要

针对我国热处理炉目前存在着质量差、能耗高等问题,本文分析了国内外热处理炉炉型结构和热工操作现状,并对常规燃烧控制系统的发展情况及常规燃烧控制系统的特点,和新型热处理炉控制方法及新型控制方法的发展趋势进行了分析。论述了脉冲燃烧的基本原理及其控制方法,和脉冲燃烧与常规燃烧方式相比所带来的优点。论述了高速调温自控烧嘴的基本原理以及高速烧嘴在台车式热处理炉上使用所带来的优势。对炉膛内气体流动进行分析,通过数值传热学理论,建立炉内气流的湍流数学模型。由于流体湍流运动机理和规律的复杂性,目前尚未找到对各种流动情况都十分有效的模型。工程上应用最广泛的是k-ε双方程模型。应用k-ε双方程模型通过对炉内湍流稳态气流流动的模拟并与理论分析比较,再结合在壁面附近区域采用有效的壁面函数法,建立了可用的炉内气流数学模型。本文利用CFD计算软件FLUENT对某台车式热处理炉炉内气流进行模拟。建立了一个三维几何模型,选用k-ε湍流模型,Rosseland辐射传热模型,获得炉内稳态条件下的气体流动、流速和温度的分布规律。还模拟了热处理炉在改变高速烧嘴热气流出口速度之后,炉内气流速度场和温度场,得到了在不同工况下这些场的分布规律。通过不同工况下的流场和温度场分布规律的比较,得出了提高工件热处理质量和降低能耗的建议性方法。这些研究对进一步了解台车式热处理炉的工作情况,以及在此基础上的台车炉优化设计具有十分重要的意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 热处理炉的发展状况
• 1.2 高速烧嘴在热处理炉上的应用
• 1.2.1 热处理炉的燃烧系统
• 1.2.2 高速烧嘴的特点
• 1.3 脉冲式燃烧
• 1.4 提高热处理炉技术等级的途径
• 1.5 热处理炉数值模拟
• 第二章 湍流数学模型
• 2.1 湍流及其数值模拟方法概论
• 2.1.1 湍流流动的雷诺时均方程
• 2.1.2 普朗特混合长度理论
• 2.1.3 k-ε双方程模型
• 2.1.4 炉内辐射数学模型
• 2.2 湍流流动的近壁处理
• 第三章 CFD技术及其计算软件
• 3.1 计算流体动力学概论
• 3.2 CFD的求解过程
• 3.3 CFD计算软件介绍
• 第四章 热处理炉数值模拟
• 4.1 热处理炉概况
• 4.2 数学模型的建立
• 4.2.1 合理的假设与简化
• 4.2.2 炉内热过程数学模型的建立
• 4.2.3 数学模型的求解
• 4.3 计算结果及分析
• 4.3.1 炉内气体流动基本情况
• 4.3.2 炉膛内温度场分布
• 4.4 改变工况后的计算
• 4.4.1 炉内气体流动基本情况
• 4.4.2 炉膛内温度场分布
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢