工业炉冷却水管的流热固耦合数值分析

发布时间：2021-05-05 23:35

　　钢铁产业是我国的支柱产业之一,降低钢坯热处理过程中的事故率对提高钢铁产品的质量、减少污染物排放和提高企业经济效益,有着极其重要的意义。目前普遍应用的连续式热处理工业加热炉因炉底管道易发生漏水和断裂事故,影响正常生产和效益,多年以来一直备受关注。本文以推钢式加热炉为例,通过研究管道内部水力循环的传热特性及管道结构应力的分布特点,可为管道结构改进优化和降低断裂事故提供参考。本文从炉底管道在加热炉工作过程中易发生应力破坏的缺点入手,进行了管道的内部传热特性和结构力学特性研究。首先,基于传热学理论对管道和外壁面耐火材料进行热参数计算,得到了初始边界条件;其次,考虑模型体积和结果准确性的影响,利用Solidworks软件建立了简化管道进口段三维模型并对其进行了流固一体网格划分;然后,利用Fluent流体分析软件,结合传热学和流固耦合理论对模型进行了仿真分析,探究了工况参数对管道内部流体传热的影响,得到了流体的运动规律和温度分布情况,并对管道弯曲处和水平处的二次流现象进行了研究,分析了二次流的流动特性;最后,通过流热固耦合的方法,基于弹性力学和塑性力学原理对截取的直管段模型进行了仿真分析,得到了管... 

【文章来源】：河北科技大学河北省

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
        1.1.1 研究背景及意义
        1.1.2 工业炉概述
    1.2 流热固耦合的研究发展现状
        1.2.1 国内流热固耦合研究进展
        1.2.2 国外流热固耦合研究进展
    1.3 本课题主要研究内容
    1.4 本章小结
第2章 冷却水管概述及热计算
    2.1 冷却水管分类
    2.2 汽化冷却水循环原理
        2.2.1 自然循环
        2.2.2 强制循环
    2.3 汽化冷却系统的主要性能参数
    2.4 冷却水管热参数计算
        2.4.1 冷却水管的传热基础
        2.4.2 冷却水管的包扎结构
        2.4.3 耐火材料和水管热力学参数
        2.4.4 管道壁面热计算
    2.5 本章小结
第3章 流体计算模型
    3.1 CFD数值模拟方法及流程
    3.2 流场模拟的基本控制方程
        3.2.1 连续性方程
        3.2.2 动量守恒方程
        3.2.3 能量守恒方程
    3.3 湍流模型
    3.4 湍流模型的选取
    3.5 本章小结
第4章 工业炉冷却水管的流动及传热分析
    4.1 前处理
        4.1.1 几何模型及网格划分
        4.1.2 网格划分
        4.1.3 数值方法及边界条件
        4.1.4 进口段出口压力的确定
    4.2 进口段流场与温度分布
        4.2.1 进口段速度分布
        4.2.2 进口段温度分布
        4.2.3 进口段压力分布
    4.3 工况参数对传热的影响
        4.3.1 不同进口速度的传热分析
        4.3.2 不同对流换热系数下的传热分析
    4.4 管道的流动传热特性
        4.4.1 弯管处二次流
        4.4.2 水平管处的二次流
    4.5 本章小结
第5章 受热管段的流热固耦合强度分析
    5.1 流热固耦合理论基础
        5.1.1 管道传热理论
        5.1.2 管道变形理论
        5.1.3 流体对固体结构影响
        5.1.4 流热固耦合理论
    5.2 流热固耦合的计算方法及思路
    5.3 前处理
        5.3.1 几何模型的建立
        5.3.2 网格划分
        5.3.3 材料设置
        5.3.4 边界条件的设定
        5.3.5 外载荷的施加
        5.3.6 内载荷的施加
    5.4 计算结果分析
        5.4.1 温度场结果分析
        5.4.2 结构应力分析
        5.4.3 管道应力分布
        5.4.4 结构变化对应力的影响
    5.5 本章小结
结论
参考文献
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]供给侧改革背景下解决我国钢铁产能过剩对策的思考[J]. 国雨龙,徐冬先.  中国管理信息化. 2018(19)
[2]弯管阻力损失及流场特性数值模拟[J]. 魏周杨.  甘肃水利水电技术. 2018(06)
[3]我国现代冶金机械设备的发展现状及未来发展趋势[J]. 杜牧.  世界有色金属. 2017(20)
[4]推钢式加热炉炉筋管开裂原因分析[J]. 宋亚虎,毛宽亮,张磊磊,赵学谦,郭亚森,王博,孙胜伟,胡寒婷.  金属加工(热加工). 2017(18)
[5]细小直角弯管流道的压力损失及迪恩涡特性[J]. 汪建兴,王海民,饶玲.  流体机械. 2017(03)
[6]新型全热滑轨在轧钢加热炉上的开发应用[J]. 冯峰,刘伟.  工业炉. 2016(05)
[7]钢材深加工行业现状与发展趋势[J]. 赵豫.  现代企业. 2016(06)
[8]推钢式轧钢加热炉水梁漏水原因分析及技术改造[J]. 龙静涛.  科技与创新. 2015(14)
[9]基于流固耦合的蒸汽发生器换热管结构应力分析[J]. 孙宝芝,郑陆松,韩文静,张国磊,刘尚华.  化工学报. 2014(S1)
[10]浅谈工业炉发展、分类及热工性能分析[J]. 王选涛,田冰,闫永霞.  科技视界. 2014(08)

硕士论文
[1]我国钢铁产业发展现状及问题研究[D]. 郭阳.中央民族大学 2017
[2]蒸汽发生器传热管双向流热固耦合数值分析[D]. 赵颍杰.哈尔滨工程大学 2017
[3]考虑关联结构的气缸盖热—流—固耦合仿真分析[D]. 杨松林.北京理工大学 2016
[4]步进梁式加热炉汽化冷却系统的热交换研究[D]. 罗定.武汉科技大学 2015
[5]管式加热炉内燃烧与传热的数值模拟[D]. 崔梦娇.大连理工大学 2015
[6]管道气液两相流流型及热—流—固耦合数值模拟研究[D]. 阮龙飞.长江大学 2015
[7]加热炉炉管多场耦合力学分析[D]. 李巧珍.东北石油大学 2011
[8]基于FLUENT的加热炉模拟与优化[D]. 郑志伟.中国石油大学 2010



本文编号：3170802