基于FLUENT的隧道窑NO_X含量及流—固耦合散热数值模拟研究

发布时间：2017-05-09 07:04

  本文关键词：基于FLUENT的隧道窑NO_x含量及流—固耦合散热数值模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文以浙江某烧结砖隧道窑作为研究对象,以烧成工艺参数作为准则,以燃烧学与计算流体力学等知识作为理论支持。凭借计算机技术对烧结砖隧道窑烧成带NO_X的生成机理与浓度分布、压力分布、温度分布,冷却带的流-固耦合散热等进行了数值模拟研究。采用现场测试与数值模拟结果对比研究的方法。论文的研究工作主要包括以下方面:1.浙江某烧结砖隧道窑作为原型,烧成带划分为三个区域:烧嘴区域、砖垛区域、流体区域;冷却带划分为两个区域:砖垛区域、流体区域。重点建立湍流模型、燃烧模型、辐射传热模型、NO_X反应模型、流-固耦合散热模型等。最后对各个数学模型进行离散化并运用SIMPLE算法进行数值求解。2.改变风速对烧成带内NO_X含量的研究。NO_X在隧道窑内主要以NO的形式集中在烧嘴以及砖垛附近,窑内的NO_X包含热力型NO和快速型NO,文中通过分析改变风速对热力型NO和快速型NO含量变化的影响,选择合理的风速可以减少NO排放量并且降低生产成本。3.改变窑尾的风速对砖块冷却温度以及温差的研究。增加风速窑内气体流动的速度以及气体流动状态发生改变,砖块温度逐渐下降,温差出现先下降后上升的现象,主要是气体在窑内发生湍流的现象对温度以及温差的影响,选取合适的风速可以降低砖块上下温差提高砖块质量。4.不同砖块码放方式以及不同孔隙率对冷却带砖块散热的研究。研究表明砖块稀码时对窑内气体阻力小,流速快,温度下降速度快于砖块密码。孔隙率的增加平均温度也逐渐降低,上下温差受湍流的影响先降低再增加最后再降低的的现象。结果表明:数值模拟的结果与测试值相接近,选择合适的风速可以有效的降低窑内NO_X的生成量,也可以降低砖块上下截面的温差,改变砖块的码放方式以及孔隙率对温度和温差的影响明显,有利于提高砖块的质量、降低生产成本、减少对环境的污染。
【关键词】：烧结砖隧道窑 数值模拟 NO_X含量 流-固耦合 散热
【学位授予单位】：湖南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU522.064
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 课题研究的背景9-10
• 1.2 隧道窑的国内外发展现状及研究现状10-13
• 1.2.1 隧道窑的国内外发展现状10-11
• 1.2.2 隧道窑国内外研究现状11-13
• 1.3 课题研究的内容、方法、目的及意义13-16
• 1.3.1 课题研究的内容13-14
• 1.3.2 课题研究的方法14-15
• 1.3.3 课题研究的目的15
• 1.3.4 课题研究的意义15-16
• 第二章 烧结砖隧道窑结构特点及烧成工艺控制16-27
• 2.1 烧结砖隧道窑结构特点16-21
• 2.1.1 烧结砖隧道窑窑体结构16-18
• 2.1.2 烧结砖隧道窑配套设备18-19
• 2.1.3 烧结砖隧道窑实体外形结构19-21
• 2.2 烧成工艺参数概念及控制21-23
• 2.2.1 烧成工艺参数概念21-22
• 2.2.2 烧成工艺控制22-23
• 2.3 烧结砖隧道窑热工制度的影响23-26
• 2.3.1 烧成曲线23-24
• 2.3.2 合理升温时间确定24
• 2.3.3 合理保温时间的确定24-25
• 2.3.4 合理冷却时间的确定25
• 2.3.5 烧结砖隧道窑窑内气体流动25-26
• 2.3.6 烧结砖隧道窑窑内压力制度26
• 2.3.7 烧结砖隧道窑窑内气氛性质26
• 2.4 本章小结26-27
• 第三章 烧结砖隧道窑数学模型的建立27-38
• 3.1 CFD及FLUENT软件简介27-30
• 3.2 隧道窑燃烧数学模型30-33
• 3.2.1 控制方程30-31
• 3.2.2 湍流基本模型31
• 3.2.3 非预混燃烧模型31-32
• 3.2.4 物质输运及通用有限速率反应方程32
• 3.2.5 污染物NO_X反应模型32-33
• 3.3 隧道窑冷却带的流-固耦合散热数学模型33-36
• 3.3.1 标准的k-ε模型33
• 3.3.2 流动与传热基本微分控制方程33-34
• 3.3.3 流-固耦合界面的处理34-35
• 3.3.4 流-固耦合场的求解策略35-36
• 3.4 数值求解方法36-37
• 3.4.1 有限体积法36
• 3.4.2 离散方程的数值算法36-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第四章 烧结砖隧道窑烧成带NO_X含量数值模拟38-56
• 4.1 隧道窑烧成带几何模型38-39
• 4.2 模型的网格划分及边界条件39-41
• 4.2.1 模型的网格划分39-40
• 4.2.2 气流边界条件40-41
• 4.2.3 壁面边界条件41
• 4.3 隧道窑模拟结果与分析41-51
• 4.3.1 沿窑长方向NO的分布情况42-45
• 4.3.2 沿窑宽方向NO的分布情况45-46
• 4.3.3 沿窑高方向NO的分布情况46-51
• 4.4 隧道窑烧成带压力场分布51-53
• 4.5 隧道窑压力测试数据53-54
• 4.6 本章小结54-56
• 第五章 隧道窑冷却带流-固耦合散热数值模拟56-66
• 5.1 隧道窑冷却带的结构56-57
• 5.2 冷却带模型网格划分及边界条件57-58
• 5.2.1 冷却带模型的网格划分57
• 5.2.2 模型参数设定及边界条件57-58
• 5.3 数值模拟结果与分析58-65
• 5.3.1 窑冷却带流-固耦合温度场分布58-62
• 5.3.2 计算结果分析62-65
• 5.4 本章小结65-66
• 第六章 结论与展望66-68
• 6.1 全文总结66
• 6.2 展望66-68
• 参考文献68-72
• 攻读硕士期间主要参与科研项目及研究成果72-73
• 致谢73

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本文编号：352016