高炉风口套换热模拟及结构优化

摘要

高炉风口套冷却换热能力的强弱是决定其寿命长短的根本因素，而换热能力的强弱则主要取决于冷却空腔的结构设计形式。对于一款新的风口套结构设计，如何检验它的冷却换热能力呢，运用计算流体力学（CFD）软件，模拟它的冷却换热过程，分析它的冷却换热性能，优化它的结构设计，便是一种简捷、高效、可靠的科学方法。
　　本文以贯流式风口套实际工作环境为背景，以风口套具体尺寸为底板，建立风口套实体模型，采用Fluent数值模拟分析软件，对风口套的冷却换热过程进行模拟仿真，分析主要参数对风口套换热性能的影响，寻找各个参数间的变化规律关系，并在此基础上，提出改进风口套结构设计的方案，优化风口套流场分布和温度场分布，达到改善风口套换热性能、优化风口套结构设计的目的。具体的研究工作，从以下几方面展开：
　　首先，运用3D模型设计软件，设计一款贯流式风口套模型。模型包括两部分，一部分为流体区域，即冷却水体部分，一部分为固体区域，即铜体部分。
　　其次，采用流固耦合方法对风口套的换热过程进行数值模拟:先对模型划分网格，再运用Fluent数值模拟分析软件，选择最佳的计算模型，准确定义流固区域的物理属性，正确设定边界条件，求解并显示结果，得出结论：数值模拟结果与相关实验数据较为吻合。
　　最后，在对风口套的换热特性及流动特性模拟结果分析的基础上，对现有风口套的流道结构进行了改进，并对改进后的风口套的换热过程进行了进一步模拟。模拟结果表明，改进后的风口套具有良好的散热特性。

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第1章 绪论

1.1 本课题的研究背景及意义

1.2 高炉风口套概述

1.3本课题的研究方法和内容

第2章 计算流体力学的应用

2.1计算流体力学简介

2.2流体力学的控制方程

2.3 湍流的数值模拟方法

2.4 离散方法

第3章 风口套换热过程的数值模拟

3.1 FLUENT软件简介

3.2风口套实体模型的建立

3.3网格的划分

3.4初始条件与边界条件

3.5 启动求解器求解

3.6模拟结果显示

3.7模拟结果的测验

第4章 风口套结构改进及换热模拟

4.1 从增加流道内流速的角度改进结构

4.2从降低进出口压损的角度改进结构

4.3 从两个角度共同改进结构

第5章 结论与展望

5.1 论文结论

5.2 工作展望

致谢

参考文献

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