步进梁式加热炉汽化冷却系统的热交换研究

发布时间：2017-10-09 10:17

  本文关键词：步进梁式加热炉汽化冷却系统的热交换研究

  更多相关文章： 汽化冷却 步进梁式加热炉 热流固耦合 共轭传热 数值模拟

【摘要】：步进梁式加热炉汽化冷却技术因其高效节能的优点被许多大型钢厂所采用。本文以某热轧厂步进梁式加热炉的汽化冷却系统为研究对象，结合传热学和流体动力学计算及相关理论，采用数值模拟方法，利用专业分析软件对步进梁内流场流动及传热和步进梁在流体冷却过程中的共轭传热进行模拟仿真，掌握主要冷却部件内流体运动过程及步进梁的温度分布规律，为汽化冷却系统中步进梁的维护与保养提供有实用价值的参考和理论指导。主要做了如下工作： （1）通过了解汽化冷却系统工作原理和主要装置，对步进梁及其冷却介质进行传热分析，完成汽化冷却系统中主要冷却部件的热参数计算。 （2）根据步进梁的结构建立流体仿真模型，用ICEM软件对其进行网格划分，利用FLUENT软件对均匀热流载荷作用下的单个步进梁内流场进行仿真分析，分析整个步进梁内流体运动规律和流体温度分布。 （3）考虑在均温为1300°C的加热炉内，立柱管在无水垢和有均匀水垢层两种情况下的流体冷却过程中的共轭传热问题。建立耐火材料、冷却管道和冷却介质、水垢的三维耦合模型。采用单向直接耦合分析法，使用CFX商业软件对立柱管中流体流动传热及冷却管耦合换热过程进行数值模拟。仿真结果表明：水垢对立柱管道的温度影响很明显。由于水垢的导热系数小，水垢内外侧温差随水垢厚度增大而增大，，管壁金属温度也随之升高。当水垢达到一定厚度时，会使管壁温度超过限定值，造成炉管过热损坏。
【关键词】：汽化冷却 步进梁式加热炉 热流固耦合 共轭传热 数值模拟
【学位授予单位】：武汉科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG333
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 研究背景9
• 1.2 研究意义9-10
• 1.3 国内外研究现状10-14
• 1.3.1 国内外汽化冷却技术的发展10
• 1.3.2 国内外传热学计算方法的应用与研究现状10-14
• 1.4 研究内容14-15
• 第二章 汽化冷却系统原理及热量计算15-27
• 2.1 汽化冷却的基本工作原理15
• 2.2 汽化冷却水循环原理15-17
• 2.2.1 循环水冷却系统16-17
• 2.3 冷却介质汽化现象17-18
• 2.3.1 汽化点的确定17-18
• 2.4 汽化冷却系统的主要性能参数18-19
• 2.5 汽化冷却系统总热负荷校验19-21
• 2.6 水梁热参数计算21-26
• 2.6.1 耐火材料和水管热力学参数21-24
• 2.6.2 水梁管内表面热流密度 q100 和外表面温度 t3 的计算24-25
• 2.6.3 立柱管内表面热流密度 q128 和外表面温度 t3 的计算25-26
• 2.7 本章小结26-27
• 第三章 汽化冷却系统冷却管流体运动仿真分析27-42
• 3.1 流体流动与传热概述27
• 3.2 流体力学控制方程27-28
• 3.3 冷却管内流体仿真模型28-40
• 3.3.1 进口单立柱段冷却管内流体仿真29-35
• 3.3.2 出口弯管段仿真分析35-36
• 3.3.3 上升和下降折管段冷却管仿真36-37
• 3.3.4 水平直管段冷却管仿真37-40
• 3.4 结果分析40-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第四章 水垢对立柱管温度影响分析42-57
• 4.1 管道内壁面表面结垢后的热参数计算42
• 4.2 立柱管内表面结垢后的热参数计算42-43
• 4.3 立柱外管内壁面结垢后的计算结果43-44
• 4.4 立柱钢管材料的强度与温度关系44-46
• 4.5 立柱管的热流固耦合仿真46-55
• 4.5.1 无水垢立柱管的热流固耦合仿真46-52
• 4.5.2 10mm 均匀水垢层的立柱管热流固耦合52-55
• 4.5.3 仿真实验结果对比55
• 4.6 本章小结55-57
• 第五章 总结与展望57-59
• 5.1 工作总结57-58
• 5.1.1 主要结论57-58
• 5.2 工作展望58-59
• 致谢59-60
• 参考文献60-64
• 附录1 攻读硕士学位期间科研项目和发表的论文64-65
• 详细摘要65-69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张健;黄晨光;;三维瞬态方形管流的热流固耦合数值模拟[J];工程力学;2010年06期

2 邓维理;步进式加热炉技术及国内发展概况[J];工业加热;1992年05期

3 程强,周怀春,娄春,姜志伟,宋平,张茂杰,吴煊,王锐;工业炉三维温度场可视化试验研究[J];工业加热;2005年01期

4 娄春,周怀春,程强,姜志伟,宋平,张茂杰,吴煊,王锐;工业炉内火焰图像在线检测系统及其试验[J];工业加热;2005年03期

5 欧俭平,吴道洪,肖泽强;蓄热式加热炉内流体流动、燃烧与传热的数值模拟[J];工业炉;2003年01期

6 杨东生;张盛;李云鹏;陈飙松;张洪武;;基于SiPESC平台的传热问题有限元分析系统[J];大连理工大学学报;2013年06期

7 刘锐;陈雄;周长省;李映坤;;不同膨胀状态下拉瓦尔喷管内耦合传热数值研究[J];固体火箭技术;2014年04期

8 洪宇翔;邓先和;张连山;;管间高黏度流体的有效传热温差缓变特性[J];化工学报;2012年02期

9 徐梓斌;闵剑青;;基于pdetool的热传导数值计算[J];佳木斯大学学报(自然科学版);2006年02期

10 于秀敏;陈海波;黄海珍;陈群;高莹;;发动机冷却系统中流动与传热问题数值模拟进展[J];机械工程学报;2008年10期

本文编号：999615