W型热辐射管设计与数值模拟

发布时间：2017-09-24 06:22

  本文关键词：W型热辐射管设计与数值模拟

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【摘要】：我国的经济发展正在逐步进入新的常态,而钢铁行业发展环境正在发生重大的变化。高质量钢材将逐步成为钢铁行业中的主流,冷轧钢材属于钢铁材料中的高品质产品。对冷轧钢材进行退火处理是保证产品品质的一项重要的环节。辐射管被广泛应用于钢铁、化工和热电行业的退火炉、加热炉等工业加热装置中,其长期服役过程中的安全稳定性是保证整体设备安全生产及稳定运行的重要因素。若辐射管在服役过程中过早出现严重变形或发生破裂失效,会对其功能发挥及产品质量有很大影响,进而造成重大的经济损失。本课题针对首钢京唐冷轧厂连续退火炉中的W型辐射管发生变形和开裂情况做了相应的介绍,并从辐射管的结构上进行了研究和优化设计,保证辐射管能够具有更长的使用寿命。文中首先使用流体计算软件FLUENT对辐射管内的燃烧火焰温度场进行数值模拟,然后将计算结果导入有限元分析软件ANSYS中对辐射管进行流固耦合分析,得到辐射管的应力、应变分布。将模拟结果与工厂中检测报告对比分析,得出辐射管在原有结构上存在设计缺陷。依据模拟结果和工厂实际生产经验,在原辐射管的结构上进行优化设计。最后对优化后的辐射管进行仿真模拟对比原有结构,结果证明结构优化后的辐射管在高温状态下应力、应变分布情况具有较大改善。本文通过运用计算机数值模拟技术,分析辐射管的损伤原因并设计合理的辐射管结构的模式,为实际应用中辐射管结构的改进方向提供借鉴。
【关键词】：W型辐射管 燃烧模拟 ANSYS仿真 流固耦合 结构优化
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG155
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 引言10-11
• 1.2 连退火炉辐射管加热技术的概况11-14
• 1.2.1 冷轧带钢连续退火生产技术简介11-12
• 1.2.2 W型辐射管工作原理12-13
• 1.2.3 辐射管的类型分类13-14
• 1.3 国内外研究现状及存在问题14-16
• 1.3.1 国外辐射管研究状况14-15
• 1.3.2 国内辐射管研究状况15-16
• 1.4 课题研究内容和意义16-19
• 1.4.1 课题来源和研究意义16-17
• 1.4.2 课题主要研究内容17-19
• 第2章 辐射管燃烧流场分析19-33
• 2.1 FLUENT软件介绍19-21
• 2.1.1 FLUENT软件简介19-20
• 2.1.2 FLUENT软件求解方法20-21
• 2.2 燃烧模拟的基本理论21-25
• 2.2.1 流体控制方程21-22
• 2.2.2 湍流模型22
• 2.2.3 标准k-ε 湍流模型22-23
• 2.2.4 Realizable k-ε 模型23
• 2.2.5 近避面处理函数23-24
• 2.2.6 燃烧模型24-25
• 2.3 建立燃烧模型及基本假设25
• 2.4 燃烧流场的网格划分25-27
• 2.5 燃烧模型参数设置27-29
• 2.5.1 辐射管燃气成份27-28
• 2.5.2 燃烧边界条件和初始条件28-29
• 2.6 W型辐射管燃烧模拟结果分析29-32
• 2.6.1 辐射管燃烧流体的温度分布情况29
• 2.6.2 辐射管燃烧流体的速度分布29-30
• 2.6.3 辐射管燃烧流体的密度分布30-31
• 2.6.4 辐射管燃烧流场壁面温度分布31-32
• 2.7 本章小结32-33
• 第3章 W型辐射管流固耦合分析33-48
• 3.1 ANSYS软件介绍33-34
• 3.2 热流固耦合数值计算方法及理论34-37
• 3.2.1 热流固耦合概述34
• 3.2.2 流固耦合分析方法34-35
• 3.2.3 流固耦合面的数据传递35-36
• 3.2.4 流固耦合控制方程36
• 3.2.5 结构场分析方法36-37
• 3.3 应力分析37-40
• 3.3.1 许用应力37
• 3.3.2 热应力37-38
• 3.3.3 真实应力应变与工程应力应变关系38-39
• 3.3.4 疲劳分析39-40
• 3.4 辐射管有限元模型建立40-41
• 3.5 W型辐射管边界条件设置41-43
• 3.5.1 辐射管与燃气之间的换热条件41-42
• 3.5.2 辐射管材料系数条件42
• 3.5.3 辐射管温度场的加载42-43
• 3.6 辐射管流固耦合模拟分析43-47
• 3.6.1 辐射管流固耦合应力结果分析43-45
• 3.6.2 辐射管流固耦合应变结果分析45-47
• 3.7 本章小结47-48
• 第4章 W型辐射管结构改进设计48-60
• 4.1 W型辐射管损坏原因分析48-51
• 4.2 辐射管改进方案的提出51-54
• 4.2.1 W型辐射管结构改进目的51
• 4.2.2 W型辐射管结构改进方案51-54
• 4.3 结构改进后的辐射管有限元模拟分析54-58
• 4.3.1 建立改进后辐射管模型54
• 4.3.2 改进后辐射管应力结果分析54-56
• 4.3.3 改进后辐射管应变结果分析56-58
• 4.4 本章小结58-60
• 结论60-61
• 参考文献61-64
• 致谢64

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本文编号：909866