霍戈文内燃式热风炉燃烧与振动特性研究

发布时间：2021-02-21 11:17

　　随着高炉冶炼强度的提高,要求热风炉强化燃烧,由于设计热风炉时未考虑到强化燃烧的需求,因此在高炉强化冶炼时热风炉出现振动问题。目前国内外对热风炉振动研究尚少,对热风炉内的气体运动、燃烧过程和振动三者之间的关系认识不够明确,因而有必要研究热风炉内气体运动、燃烧过程和振动特性,为热风炉的设计和操作提供理论支撑。以某钢铁厂的霍戈文内燃式热风炉为研究对象。首先,对该厂的热风炉振动特性进行了现场测试;然后通过CFD仿真,分析了燃烧室内的气体流动与燃烧过程;对燃烧室内的压力与温度波动进行瞬态计算,通过FFT分析,探讨了燃烧室内温度与压力波动的频谱,并与热风炉振动特性进行对比分析。在此基础上研究了热风炉煤气喷口尺寸、空气喷口倾角、空气两侧流量分配等因素对燃烧与振动的影响。通过研究,基本弄清了热风炉燃烧室内的气体运动、燃烧过程和热风炉振动三者之间的关系,得出的主要结论如下:（1）现场振动测试表明:热风炉振动主要是燃烧引起的;炉体和平台振动的最大振幅对应频率集中在20Hz以内。（2）在燃烧室底部靠近壁面位置有一个低速回流区,该回流区促进了空气和煤气的混合,有利于火焰的稳定;空气环道的高度决定了环道内流速的... 

【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：91 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
1 绪论
    1.1 课题研究的背景及意义
    1.2 内燃式热风炉简介
        1.2.1 内燃式热风炉发展历史沿革
        1.2.2 内燃式热风炉结构形式及特点
        1.2.3 霍戈文内燃式热风炉
        1.2.4 内燃式热风炉的基本工作原理
    1.3 内燃式热风炉燃烧振动现象
        1.3.1 内燃式热风炉的燃烧振动现象
        1.3.2 内燃式热风炉的燃烧振动机理
    1.4 燃烧振动的国内外研究现状
        1.4.1 燃烧不稳定性
        1.4.2 热风炉流体力学特性
        1.4.3 热风炉燃烧特性
        1.4.4 燃烧室内压力场脉动
    1.5 课题研究的目的与内容
        1.5.1 研究目的
        1.5.2 研究内容
2 热风炉振动的现场测试
    2.1 实验仪器
    2.2 实验原理
    2.3 二号热风炉振动测试
        2.3.1 燃烧初期
        2.3.2 燃烧中期
        2.3.3 燃烧末期
        2.3.4 送风期
        2.3.5 振动特性统计
    2.4 三号热风炉振动测试
        2.4.1 燃烧初期
        2.4.2 燃烧中期
        2.4.3 燃烧末期
        2.4.4 送风期
        2.4.5 振动特性统计
    2.5 小结
3 内燃式热风炉燃烧室内气体流动和燃烧过程数值模拟
    3.1 数值模拟控制方程的组建
        3.1.1 连续性方程
        3.1.2 动量守恒方程
        3.1.3 能量守恒方程
        3.1.4 组分守恒方程
    3.2 模型的选择
        3.2.1 湍流模型
        3.2.2 辐射模型
        3.2.3 燃烧模型
    3.3 几何建模及网格划分
        3.3.1 几何建模
        3.3.2 网格划分
        3.3.3 网格无关性验证
    3.4 边界条件和基本假设
        3.4.1 边界条件
        3.4.2 基本假设
    3.5 数值求解方法流程图
    3.6 数值模拟结果分析
        3.6.1 额定燃烧强度时燃烧室内的气体流动和燃烧过程
        3.6.2 提高燃烧强度时燃烧室内的气体流动和燃烧过程
        3.6.3 设计最大燃烧强度时燃烧室内的气体流动和燃烧过程
        3.6.4 空气环道内空气流动速度分布
        3.6.5 燃烧强度对燃烧室内的湍流强度的影响
    3.7 小结
4 内燃式热风炉振动特性数值模拟
    4.1 快速傅里叶变换
    4.2 边界条件
    4.3 数值模拟结果分析
        4.3.1 燃烧室内温度与压力的波动
        4.3.2 燃烧室内压力与温度波动的FFT分析
    4.4 小结
5 内燃式热风炉燃烧及振动特性的影响因素
    5.1 煤气喷口尺寸的影响
    5.2 空气烧嘴倾角 α 的影响
    5.3 空气两侧流量分配的影响
    5.4 小结
6 结论
致谢
参考文献


【参考文献】：
期刊论文
[1]首钢京唐BSK顶燃式热风炉的燃烧技术[J]. 张福明,胡祖瑞,程树森,李欣.  钢铁. 2012(05)
[2]大型高炉热风炉技术的比较分析[J]. 钱世崇,张福明,李欣,银光宇,毛庆武.  钢铁. 2011(10)
[3]热声耦合振荡燃烧的实验研究与分析[J]. 张昊,朱民.  推进技术. 2010(06)
[4]首钢高风温热风炉技术研究[J]. 陈冠军,赵民革,丁汝才,马金芳.  钢铁研究学报. 2009(08)
[5]高炉热风炉的振动特性分析[J]. 伍成波,许鹏彦,马丁.  冶金设备. 2008(01)
[6]我国高炉热风炉新技术应用回顾与展望[J]. 刘全兴.  山东冶金. 2007(01)
[7]热声波数值模拟的虚假振荡研究[J]. 刘继平,周志杰,种道彤,严俊杰.  工程热物理学报. 2006(04)
[8]非线性热声理论的研究进展[J]. 胡剑英,罗二仓.  低温与超导. 2005(03)
[9]铝电解槽用矩形燃烧器燃烧过程的数值模拟[J]. 伍成波,张丙怀,梁小平,常宝龙.  化工学报. 2005(07)
[10]武钢新建3200m3高炉采用的新技术[J]. 周强.  炼铁. 2004(04)

博士论文
[1]高炉热风炉陶瓷燃烧器的研究与应用[D]. 戴方钦.华中科技大学 2008

硕士论文
[1]燃烧火焰稳定性研究[D]. 徐艳冰.浙江大学 2014
[2]发动机燃烧引起的表面振动预测研究[D]. 魏国军.重庆大学 2011
[3]高炉热风炉蓄热室传热数学模型研究[D]. 刘兵.重庆大学 2008
[4]蓄热式热风炉流动传热与燃烧性能的数值模拟与实验研究[D]. 罗海兵.华中科技大学 2005



本文编号：3044273