套筒式热风炉流场及温度场数值模拟

摘要

套筒式热风炉由于其结构紧凑，热效率高，适用范围广等特点，在日常生活和生产中得到了广泛的应用，但套筒式热风炉存在烟气和空气之间的传热系数较低，炉体材料出现高温氧化剥落、甚至烧穿以及积灰等问题，本文通过对热风炉换热体进行数值模拟，仿真。找出容易出现问题的关键部位，并提出改进建议。
　　本文运用Pro/e对热风炉换热体进行实体建模，根据热风炉的运行环境及关注的主要部位，对实体模型进行简化，运用Workbench的Mesh模块对实体模型进行网格划分，运用Fluent对热风炉中烟气和空气的流场和温度场进行仿真，得到热风炉换热体的温度场的分布。
　　在流场的分析过程中，对流体的控制方程进行了必要的数值建模推导，得出辐射筒内烟气大型漩涡是换热管振动的主要诱因之一。在温度场的分析过程中，对肋片增加烟气和空气换热效率进行了数值建模，通过数值建模得到了肋片增加热效率的临界值。
　　在对热风炉换热体温度场进行分析的过程中，对热风炉换热体内腔的热辐射进行了数值建模，得出增加辐射换热的方法是增大热风炉腔体的黑度，在热风炉的间壁传热中，绝大部分的热量传递是由底层层流决定，通过分析得出，炉壁粗糙凸点的平均高度大于底层层流厚度时，流体将会越过凸点处在凹处形成漩涡，使凹处的流动得以改善，从而改善对流换热的情况。这对设计热风炉肋片的高度有指导作用，可以通过计算底层层流的厚度来设计肋片的最小高度，从而达到提高热风炉换热效率的目的。为热风炉换热体结构设计改进提供依据。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 热风炉的简介

1．2 国内热风炉现状

1．3 本课题的目的和意义

1．4 国内外的研究现状

1．4．1 国内研究现状

1．4．2 国外研究现状

1．5 GRLY-22型套筒式热风炉的工作原理及示意图

1．6 主要面对的问题

1．7 小结

第2章 热风炉中流体流动控制方程的数学模型

2．1 质量守恒方程的数学模型

2．2 动量守恒方程的数学模型

2．3 能量守恒方程的数学模型

2．4 湍流动量方程的数学模型

2．5 控制方程的离散有限元体积法

2．6 计算误差及其来源

2．7 小结

第3章 仿真平台简介及物理模型建立

3．1 Pro／E的简介

3．2 物理模型的建立

3．3 workbench的简介

3．4 物理模型的处理

3．5 模型网格单元的划分

3．6 Fluent简介

第4章 边界及初始化条件的设置

4．1 Fluent求解器及相关设置

4．2 湍流模型的选择

4．3 辐射模型及材料的设置

4．4 边界条件及相关设置

第5章 热风炉流场温度场模拟仿真

5．1 初始条件的计算

5．2 求解及结果误差的验证

5．3 热风炉流场模拟结果的分析

5．4 热风炉流场温度分布模拟结果的分析

第6章 热风炉换热体换热模型建立

6．1 模型的导热和对流

6．2 热风炉换热体热辐射的数学模型

6．2．1 热辐射理论及建模

6．2．2 气体与套筒之间的辐射换热

6．3 热风炉圆筒壁导热模型的建立

6．4 肋片的导热

6．5 边界层的分析

第7章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

致谢