包钢长材厂蓄热式加热炉燃烧过程数值模拟

摘要

化石燃料在燃烧过程中会产生大量的固体和气体污染物，如温室效应气体CO2、粉尘颗粒物、NOx、SO2等，严重危害人类的身体健康并影响人类正常的社会活动。因此研发高效率、低污染的环保型加热炉型是目前工业燃烧领域研究的重点和热点。在这个大的社会需求背景下，蓄热式加热炉应运而生，它具有热效率高、节能潜力巨大等优点，在全球得到了广泛的应用。
　　本论文以包钢长材厂蓄热式加热炉为研究对象，利用商业软件ANSYS模拟软件，建立高温气体在蓄热式加热炉炉膛内的流动、燃烧和传热的三维稳态模型，并利用FLUENT对炉内的流场、温度场和浓度场求解并进行分析。分析结论如下：
　　（1）在相同工况下，采用同侧换向燃烧组织方式工作的蓄热式加热炉进行数值模拟，模拟结果发现：加热炉内各供热段的速度场、温度场等物理场变化相对均匀稳定，并且在沿炉长方向上钢坯表面的平均氧气浓度较低，从而说明采用这种燃烧组织方式下，在炉膛内比较容易形成高温低氧的燃烧氛围，因此符合钢坯加热过程的需求。
　　（2）在相同工况下，对该蓄热式加热炉采用交错换向燃烧组织方式进行数值模拟，结果发现：加热炉内整体涡流扰动程度较大，其对应的物理场分布均较为紊乱，并且在沿炉长方向上钢坯表面的平均氧气浓度是这两种情况里面最高的，从而会使钢坯表面的氧化程度加剧，不利于钢坯的生产。
　　综上可知，采用同侧换向燃烧组织方式下的蓄热式加热炉在这个工况下加热钢坯是最有利。

目录

声明

引言

1 文献综述

1.1 蓄热式加热炉的发展状况

1.2 蓄热式加热炉数值模拟的发展

1.3 课题研究内容

2 应用软件简介

2.1 FLUENT软件简介及特点

2.2 有限单元分析法的基本思想和分析流程

2.3 ANSYS软件的Workbench平台

2.4 本章小结

3 蓄热式加热炉数学模型

3.1 蓄热式加热炉的基本资料

3.2 蓄热式加热炉数学模型的建立

3.3 蓄热式加热炉数学模型的基本假设条件

3.4 湍流流动的控制方程

3.5 通用有限速率模型

3.6 辐射换热模型

3.7 钢坯加热数学模型

3.8 本章小结

4 蓄热式加热炉数值模拟

4.1 数值模拟操作步骤

4.2 不同换向组织方式对钢坯加热的数值模拟

4.3 同侧换向燃烧组织方式的数值模拟结果与分析

4.4 交错换向燃烧组织方式的数值模拟结果与分析

4.5 模拟结果的实验验证

4.6 本章小结

结论

参考文献

在学研究成果

致谢