热风炉热工过程模拟及特性分析

论文摘要

热风炉是加热高炉鼓风的装置,是高炉炼铁生产过程中的重要设备之一,其主要任务是稳定且持续向高炉提供高温热风。蓄热室是整个热风炉进行热量交换的唯一场所,蓄热室内的格砖是热风炉进行热交换的载体,可见格砖蓄放热效率的高低直接影响到热风温度的高低和热风炉的热效率,格砖的换热面积、材质、密度以及蓄热体的形状都对风温产生一定的影响。因此,对热风炉蓄热室热工过程的分析及蓄热室热工特性对风温的影响分析就显得尤为重要。针对热风炉蓄热室传热的特点,首先分析了热风炉蓄热室内的传热过程,并借助FLUENT软件分别对湍流模型、组分模型及辐射模型进行了设置。其次为了分析单个格孔所控制的格砖与流体之间的传热过程,建立了蓄热室传热过程求解的简化模型,同时对热风炉蓄热室的单孔道模型进行过程模拟。最后从格砖的物性参数和几何参数等出发,通过改变格砖物性参数的大小以及格砖的几何尺寸来分析蓄热室热工特性对风温的影响,从而为热风炉蓄热室的格子砖的设计提供可靠的依据和改进的方向。研究工作表明：燃烧期烟气的最高出口温度模拟结果与实际烟气最高出口温度的相对误差为3.14%；送风期模拟的热风平均温度与实际热风平均温度的相对误差为1.37%,从而验证了模型的正确性并为后期对蓄热室热工特性的分析所建立的模型奠定了基础。通过对蓄热室热工特性的模拟结果分析得到蓄热体导热系数、密度和比热容对热风炉换热效率都有一定的影响。三者越大送风温度的温降速率越大,风温越低也越不稳定。对比分析了五孔、七孔、十九孔三种不同几何参数的格子砖的换热情况。十九孔砖的热风温度最高,供热和热交换能力最强,蓄热室热效率最高。由此可见,利用FLUENT软件可以有效的对热风炉的传热过程及其在不同蓄热室热工参数下的工作情况进行模拟,模拟结果可以为热风炉及蓄热室格子砖的设计提供了可靠依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 蓄热室热风炉
• 1.2.1 热风炉发展过程
• 1.2.2 热风炉分类
• 1.3 蓄热体
• 1.3.1 蓄热体分类
• 1.3.2 蓄热体的换热原理
• 1.4 蓄热室研究方法
• 1.4.1 蓄热室热交换理论
• 1.4.2 解析法和数值法
• 1.5 主要研究内容
• 1.5.1 研究目的
• 1.5.2 研究内容
• 第2章 热风炉蓄热室传热过程分析与FULENT求解设置
• 2.1 热风炉蓄热室传热过程分析
• 2.2 FLUENT软件模型介绍及设置
• 2.2.1 FLUENT简介
• 2.2.2 FLUENT求解设置
• 2.3 本章小结
• 第3章 热风炉蓄热室单孔道简化模型的传热过程分析
• 3.1 模型假设
• 3.1.1 物理模型
• 3.1.2 数学模型
• 3.2 边界条件和初始条件
• 3.2.1 边界条件
• 3.2.2 初始条件
• 3.3 网格划分和FLUENT求解
• 3.3.1 网格划分
• 3.3.2 设置边界
• 3.3.3 FLUENT求解
• 3.4 模拟结果讨论
• 3.5 本章小结
• 第4章 蓄热室热工特性对风温的影响与分析
• 4.1 模型假设
• 4.2 格砖物性参数的影响与分析
• 4.2.1 导热系数的影响与分析
• 4.2.2 格砖密度的影响与分析
• 4.2.3 格砖热容的影响与分析
• 4.3 格砖几何参数的影响与分析
• 4.3.1 网格划分
• 4.3.2 模拟结果与分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢