燃气辐射管热工性能的实验研究与数值模拟

摘要

工业窑炉应用燃气辐射管加热装置可降低窑炉的基础建设和运行成本，提高生产效率，延长窑炉寿命。燃气辐射管的燃烧气氛及燃烧产物不与被加热工件直接接触，大大提高产品的质量，目前在金属热处理及工业干燥领域中广泛应用。
　　本课题研制了适用于中低温场合的燃气辐射管，由专门设计的引射式燃气燃烧器和石英管组成，自然排烟，辐射管内为负压，安全环保节能。石英管表面黑度高，不需考虑管壁温度的均匀性以及燃烧产物的腐蚀性对辐射管寿命的影响。
　　本论文对燃气辐射管的热工性能进行实验研究和数值模拟。重点研究了燃气流量、一次空气系数、加入插入物这三个因素对辐射管壁面温度、功率、效率及污染物含量的影响规律，另外二次空气预热温度、辐射管的管长与管径等因素对性能的影响也做了简单的研究。
　　论文还对燃气辐射管热工性能进行了正交数字试验研究，通过方差分析得到了燃气流量、一次空气系数和二次空气调节装置高度这三个因素以及各因素之间的交互作用对考核指标的影响程度。
　　在原先的燃气辐射管的基础上，为进一步提高其效率，论文的最后部分对燃烧器装置进行了优化，通过对几种方案的数值模拟结果的比较，选择最优方案，从而达到强化燃气空气的混合，提高燃气辐射管效率的目的。
　　本论文采用的数值模拟方法可清晰的展现辐射管内燃烧状态下的温度场、流场及组分分布，丰富了对辐射管燃烧技术的认识和理解，该研究成果将对燃气辐射管的工业化应用提供理论依据与经验。

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1 绪 论

1.1 燃气辐射管加热技术的基本概况

1.2 课题的提出与研究意义

1.3 国内外研究现状及存在的问题

1.4 本文主要任务

2 燃气辐射管燃烧器的设计与试验研究

2.1 燃气辐射管燃烧器的设计计算

2.2 实验系统设计与组成

2.3 辐射管燃烧器的实验研究

2.4 本章小结

3 燃气辐射管壁面温度的试验测试及与数值模拟对比

3.1 燃气辐射管性能的基础实验研究

3.2 燃气辐射管的数值模拟具体应用理论

3.3 数值模拟与试验结果的对比分析

3.4 本章小结

4 燃气辐射管热工性能的数值模拟研究

4.1 燃气辐射管热工性能的正交数字实验研究

4.2 燃气辐射管热工性能的单因素数字实验研究

4.3 本章小结

5 燃气辐射管燃烧器装置的优化研究

5.1 燃烧器装置优化的基本理论

5.2 优化方案的提出

5.3 优化方案的评价方法与指标

5.4 优化方案结果的比较与分析

5.5 本章小结

6 结论及展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附 录