基于FLUENT的高炉风口温度场和流场模拟及结构优化
发布时间：2021-05-22 21:24
高炉风口是高炉炼铁的重要部件，它的使用寿命是高炉能否获得高产的关键。风口在正常工作时有一部分伸入炉内处在一个被称为回旋区的地方，其工作环境十分恶劣，不仅受到高温热风的侵蚀，同时还受到高速煤粉的磨损和液态铁渣的辐射。风口的损坏形式有熔损、曲损、龟裂、磨损，其中由于局部热流超过风口许用温度而使风口熔损的形式占风口损坏的80%以上。本文的重点是以如何提高风口使用寿命为中心，首先从理论上推导风口冷却过程中对风口冷却效果影响较大的几个参数,然后采用计算流体动力学（CFD）软件，对风口的温度场和流场进行仿真研究，分析其冷却换热过程，并对风口结构进行优化以达到提高风口使用寿命,减少风口损毁机率的目的。本文以风口的实际工况为基础，根据某钢铁厂提供的风口图纸，运用三维建模软件Proe建立风口的等比例模型，然后运用商用Fluent软件进行仿真分析，对风口冷却过程进行模拟，分析主要参数对风口冷却效果的影响。研究结果表明:风口表面温度呈现出由低到高的梯度分布，风口前端面的温度总是最高的，这是因为风口前端伸入高炉内，其工作环境最为恶劣，与炉墙接触的端面温度次之，与环境温度接触的外端面温度总是最低的。风口熔损主要...
【文章来源】：武汉科技大学湖北省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国内研究现状
1.2.2 国外研究现状
1.3 本课题的研究方法和意义
1.5 本章小结
第2章 风口传热模拟基本理论
2.1 传热学基础理论
2.1.1 热传导
2.1.2 热对流
2.1.3 对流换热
2.1.4 热辐射
2.1.5 热阻
2.2 风口工作时的热分析
2.2.1 高炉风口受热来源
2.2.2 风口热平衡
2.3 风口烧损机理探讨
2.4 计算流体动力学介绍
2.4.1 CFD 的基本概念
2.4.2 计算流体动力学的发展及应用
2.5 流体力学控制方程
2.5.1 质量守恒方程
2.5.2 动量守恒方程
2.5.3 能量守恒方程
2.6 三维湍流模型及其在 CFD 中的应用
2.6.1 流体流动的形式
2.6.2 湍流的数值模拟方法
2.7 本章小结
第3章 高炉风口模型建立
3.1 风口结构
3.2 风口模型的建立
3.3 网格划分
3.4 风口温度场模拟的工作条件
3.4.1 对流换热系数的算法
3.4.2 风口各表面边界条件
3.4.3 风口传热过程中各材料的物理参数
3.5 本章小结
第4章 高炉风口温度场和流场的仿真分析
4.1 风口温度场和流场的模拟结果
4.2 冷却水对风口温度的影响
4.2.1 流速对冷却效果的影响
4.2.2 进口水温对风口温度的影响
4.3 流速与压损的关系
4.4 不同材料的风口冷却效果
4.5 风口添加涂层后的效果
4.6 水垢对风口冷却效果的影响
4.7 本章小结
第5章 风口结构的优化设计
5.1 风口优化的思路
5.2 风口端部帽头处的改进
5.3 水套进水口改进
5.5 风口裂纹分析
5.6 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 课题总结
6.2 研究展望
致谢
参考文献
附录1 攻读硕士学位期间发表的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]4#高炉风口小套破损原因分析及改进[J]. 周海林. 天津冶金. 2011(05)
[2]机床有限元热分析中对流换热系数的计算方法研究[J]. 阳红,殷国富,方辉,刘立新,张定金,徐德炜. 四川大学学报(工程科学版). 2011(04)
[3]包钢高炉长寿风口的研制[J]. 杜国萍. 包钢科技. 2011(02)
[4]攀钢三高炉大凉及处理[J]. 宋剑. 四川冶金. 2011(02)
[5]可压缩全速湍流流动的边界数值处理方法研究[J]. 孙正中,苏莫明,潘国培,周铮. 计算机仿真. 2010(03)
[6]高炉风口寿命影响因素的分析及一些新建议[J]. 樊勇保,李玲,李晓桥,石奇峰,杨东升. 中国重型装备. 2009(03)
[7]武钢1号高炉风口破损的原因及对策[J]. 陆隆文,度敦辉,叶勇. 炼铁. 2007(06)
[8]提高高炉风口寿命的研究进展[J]. 徐娜,李晨希,曹亮,李荣德. 铁合金. 2007(05)
[9]全偏心型贯流式高炉风口内冷却水流场的三维数值模拟[J]. 吕晓江,任廷志,黄文. 重型机械. 2007(04)
[10]风口热障涂层长寿作用效果研究[J]. 黄晓煜,廖相巍. 钢铁. 2005(10)
硕士论文
[1]高炉风口套换热模拟及结构优化[D]. 刘啸.集美大学 2012
[2]船用换热式惯性滤清器物理场耦合计算[D]. 韩芳明.哈尔滨工程大学 2010
[3]高炉风口温度场和应力场的数值模拟[D]. 曹亮.沈阳工业大学 2007
[4]二维湍流流场数值模拟方法的研究[D]. 周红梅.西北工业大学 2007
[5]高炉风口回旋区的模拟计算与实验研究[D]. 龙战军.重庆大学 2006
本文编号：3201687
【文章来源】：武汉科技大学湖北省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国内研究现状
1.2.2 国外研究现状
1.3 本课题的研究方法和意义
1.5 本章小结
第2章 风口传热模拟基本理论
2.1 传热学基础理论
2.1.1 热传导
2.1.2 热对流
2.1.3 对流换热
2.1.4 热辐射
2.1.5 热阻
2.2 风口工作时的热分析
2.2.1 高炉风口受热来源
2.2.2 风口热平衡
2.3 风口烧损机理探讨
2.4 计算流体动力学介绍
2.4.1 CFD 的基本概念
2.4.2 计算流体动力学的发展及应用
2.5 流体力学控制方程
2.5.1 质量守恒方程
2.5.2 动量守恒方程
2.5.3 能量守恒方程
2.6 三维湍流模型及其在 CFD 中的应用
2.6.1 流体流动的形式
2.6.2 湍流的数值模拟方法
2.7 本章小结
第3章 高炉风口模型建立
3.1 风口结构
3.2 风口模型的建立
3.3 网格划分
3.4 风口温度场模拟的工作条件
3.4.1 对流换热系数的算法
3.4.2 风口各表面边界条件
3.4.3 风口传热过程中各材料的物理参数
3.5 本章小结
第4章 高炉风口温度场和流场的仿真分析
4.1 风口温度场和流场的模拟结果
4.2 冷却水对风口温度的影响
4.2.1 流速对冷却效果的影响
4.2.2 进口水温对风口温度的影响
4.3 流速与压损的关系
4.4 不同材料的风口冷却效果
4.5 风口添加涂层后的效果
4.6 水垢对风口冷却效果的影响
4.7 本章小结
第5章 风口结构的优化设计
5.1 风口优化的思路
5.2 风口端部帽头处的改进
5.3 水套进水口改进
5.5 风口裂纹分析
5.6 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 课题总结
6.2 研究展望
致谢
参考文献
附录1 攻读硕士学位期间发表的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]4#高炉风口小套破损原因分析及改进[J]. 周海林. 天津冶金. 2011(05)
[2]机床有限元热分析中对流换热系数的计算方法研究[J]. 阳红,殷国富,方辉,刘立新,张定金,徐德炜. 四川大学学报(工程科学版). 2011(04)
[3]包钢高炉长寿风口的研制[J]. 杜国萍. 包钢科技. 2011(02)
[4]攀钢三高炉大凉及处理[J]. 宋剑. 四川冶金. 2011(02)
[5]可压缩全速湍流流动的边界数值处理方法研究[J]. 孙正中,苏莫明,潘国培,周铮. 计算机仿真. 2010(03)
[6]高炉风口寿命影响因素的分析及一些新建议[J]. 樊勇保,李玲,李晓桥,石奇峰,杨东升. 中国重型装备. 2009(03)
[7]武钢1号高炉风口破损的原因及对策[J]. 陆隆文,度敦辉,叶勇. 炼铁. 2007(06)
[8]提高高炉风口寿命的研究进展[J]. 徐娜,李晨希,曹亮,李荣德. 铁合金. 2007(05)
[9]全偏心型贯流式高炉风口内冷却水流场的三维数值模拟[J]. 吕晓江,任廷志,黄文. 重型机械. 2007(04)
[10]风口热障涂层长寿作用效果研究[J]. 黄晓煜,廖相巍. 钢铁. 2005(10)
硕士论文
[1]高炉风口套换热模拟及结构优化[D]. 刘啸.集美大学 2012
[2]船用换热式惯性滤清器物理场耦合计算[D]. 韩芳明.哈尔滨工程大学 2010
[3]高炉风口温度场和应力场的数值模拟[D]. 曹亮.沈阳工业大学 2007
[4]二维湍流流场数值模拟方法的研究[D]. 周红梅.西北工业大学 2007
[5]高炉风口回旋区的模拟计算与实验研究[D]. 龙战军.重庆大学 2006
本文编号：3201687
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