管式加热炉内燃烧与传热的数值模拟

发布时间：2017-07-06 14:02

  本文关键词：管式加热炉内燃烧与传热的数值模拟

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【摘要】：随着节约能源和保护环境的呼声越来越高,节能减排已经成为各行各业的行业标准。管式加热炉作为一种高能耗设备。为了提高能源利用率并减少污染物的排放,有必要研究炉膛内的流动过程、传热过程以及污染物排放量。本课题以圆筒型管式加热炉为研究对象,运用计算流体力学等的基本原理,建立管式加热炉炉膛内流动与传热计算的数值模型,对管式加热炉内的稳态传热过程以及烟气流动过程进行模拟,通过与实际标定数据进行对比和分析,最终得到适用于本课题研究对象的最优模型和参数。本文通过CFD商业软件FLUENT对炉膛内部的燃烧过程以及稳态传热过程进行模拟。采用最常用的套筒式燃烧器,根据管式加热炉的设计尺寸建立管式加热炉的几何模型。采用分块划分进行网格划分,对相对于炉膛尺寸比较小的燃烧器和炉管进行局部加密,最后再对炉膛进行网格划分,并使用size function连接炉管、燃烧器和炉膛之间的网格。通过选择不同的燃烧模型和辐射模型,研究其对炉膛内浓度场、温度场以及污染物排放的影响,获得炉膛内的流场规律,最后通过采用化工软件FRNC得到的数据对计算结果进行考察。研究发现,采用标准的标准k-ε模型,组分输运燃烧模型和P-1辐射模型模拟所得到的炉膛内的温度场、速度场分布,炉管表面温度和热流分布以及污染物NOx排放量与实际数据非常吻合。结果表明,燃烧过程中炉膛底部会形成一个局部回流,炉膛中部由于空气上升气流的作用也会形成一个回流,回流对炉膛内温度分布有重要的影响。另外,在燃烧产生的污染物NOx中,热力型占有很大的成分比重,NOx的生成区域大部分在高温火焰面的后侧。最后,本文还采用在炉管单侧加翅片的强化换热技术,使得炉管表面的热流大幅提高。
【关键词】：圆筒型管式加热炉 节能 燃烧模型 辐射模型 污染物排放
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK175;TK124
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 研究课题背景10
• 1.2 加热炉研究现状10-11
• 1.3 加热炉数值模拟11-14
• 1.3.1 加热炉数值模拟的意义11
• 1.3.2 加热炉数值模拟的发展11-12
• 1.3.3 加热炉数值模拟的研究现状12-14
• 1.3.4 加热炉模拟计算软件14
• 1.4 课题研究内容14-16
• 1.4.1 课题的提出14-15
• 1.4.2 本课题研究内容15-16
• 2 管式加热炉数学和物理模型的建立16-30
• 2.1 辐射室内的基本方程16-17
• 2.2 湍流模型选择17-19
• 2.2.1 湍流的数值模拟方法17-18
• 2.2.2 湍流模型18-19
• 2.3 燃烧模型选择19-24
• 2.3.1 非预混燃烧模型19-23
• 2.3.2 组分输运和化学反应模型23-24
• 2.4 辐射模型选择24-27
• 2.4.1 P-1辐射模型25-26
• 2.4.2 D0辐射模型26
• 2.4.3 WSGGM模型26-27
• 2.5 NO_x的数学模型27-30
• 2.5.1 热力型NO_x27-28
• 2.5.2 快速型NO_x28
• 2.5.3 燃料型NO_x28-30
• 3 管式加热炉的数值模拟30-62
• 3.1 加热炉的数学模型30-39
• 3.1.1 加热炉的几何模型30-32
• 3.1.2 加热炉燃烧器的简化模型32-33
• 3.1.3 加热炉炉膛与炉管之间传热33-34
• 3.1.4 加热炉网格划分34-36
• 3.1.5 基本假设条件36-37
• 3.1.6 辐射室内的数学模型37
• 3.1.7 数值模拟的边界条件37-39
• 3.2 对比分析不同的燃烧模型39-42
• 3.3 燃烧模型和辐射模型组合考察42-60
• 3.4 小结60-62
• 4 全炉四分之一的数值模拟62-67
• 4.1 全炉四分之一的几何模型62
• 4.2 模拟的温度与速度特性62-64
• 4.3 模拟结果与实际情况对比64-66
• 4.4 小结66-67
• 5 单根炉管光管和翅片管的模拟67-72
• 5.1 翅片管的几何模型67-68
• 5.2 翅片管与光管模拟对比分析68-71
• 5.3 小结71-72
• 结论72-74
• 参考文献74-77
• 致谢77-78

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 刘发起,吴惠忠;高效空气雾化油燃烧器的设计与在小型管式加热炉中的应用研究[J];锅炉技术;2005年02期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 张朝环;乙烯裂解炉内燃烧与裂解反应过程数值模拟[D];天津大学;2008年

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本文编号：526449