套筒式热风炉流场及温度场数值模拟

论文摘要

套筒式热风炉由于其结构紧凑,热效率高,适用范围广等特点,在日常生活和生产中得到了广泛的应用,但套筒式热风炉存在烟气和空气之间的传热系数较低,炉体材料出现高温氧化剥落、甚至烧穿以及积灰等问题,本文通过对热风炉换热体进行数值模拟,仿真。找出容易出现问题的关键部位,并提出改进建议。本文运用Pro/e对热风炉换热体进行实体建模,根据热风炉的运行环境及关注的主要部位,对实体模型进行简化,运用Workbench的Mesh模块对实体模型进行网格划分,运用Fluent对热风炉中烟气和空气的流场和温度场进行仿真,得到热风炉换热体的温度场的分布。在流场的分析过程中,对流体的控制方程进行了必要的数值建模推导,得出辐射筒内烟气大型漩涡是换热管振动的主要诱因之一。在温度场的分析过程中,对肋片增加烟气和空气换热效率进行了数值建模,通过数值建模得到了肋片增加热效率的临界值。在对热风炉换热体温度场进行分析的过程中,对热风炉换热体内腔的热辐射进行了数值建模,得出增加辐射换热的方法是增大热风炉腔体的黑度,在热风炉的间壁传热中,绝大部分的热量传递是由底层层流决定,通过分析得出,炉壁粗糙凸点的平均高度大于底层层流厚度时,流体将会越过凸点处在凹处形成漩涡,使凹处的流动得以改善,从而改善对流换热的情况。这对设计热风炉肋片的高度有指导作用,可以通过计算底层层流的厚度来设计肋片的最小高度,从而达到提高热风炉换热效率的目的。为热风炉换热体结构设计改进提供依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 热风炉的简介
• 1.2 国内热风炉现状
• 1.3 本课题的目的和意义
• 1.4 国内外的研究现状
• 1.4.1 国内研究现状
• 1.4.2 国外研究现状
• 1.5 GRLY-22型套筒式热风炉的工作原理及示意图
• 1.6 主要面对的问题
• 1.7 小结
• 第2章 热风炉中流体流动控制方程的数学模型
• 2.1 质量守恒方程的数学模型
• 2.2 动量守恒方程的数学模型
• 2.3 能量守恒方程的数学模型
• 2.4 湍流动量方程的数学模型
• 2.5 控制方程的离散有限元体积法
• 2.6 计算误差及其来源
• 2.7 小结
• 第3章 仿真平台简介及物理模型建立
• 3.1 PRO/E的简介
• 3.2 物理模型的建立
• 3.3 WORKBENCH的简介
• 3.4 物理模型的处理
• 3.5 模型网格单元的划分
• 3.6 FLUENT简介
• 第4章 边界及初始化条件的设置
• 4.1 FLUENT求解器及相关设置
• 4.2 湍流模型的选择
• 4.3 辐射模型及材料的设置
• 4.4 边界条件及相关设置
• 第5章 热风炉流场温度场模拟仿真
• 5.1 初始条件的计算
• 5.2 求解及结果误差的验证
• 5.3 热风炉流场模拟结果的分析
• 5.4 热风炉流场温度分布模拟结果的分析
• 第6章 热风炉换热体换热模型建立
• 6.1 模型的导热和对流
• 6.2 热风炉换热体热辐射的数学模型
• 6.2.1 热辐射理论及建模
• 6.2.2 气体与套筒之间的辐射换热
• 6.3 热风炉圆筒壁导热模型的建立
• 6.4 肋片的导热
• 6.5 边界层的分析
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢