卡鲁金热风炉顶燃烧器数值模拟研究

摘要

卡鲁金(Kalugin)热风炉是俄罗斯Kalugin公司开发成功的一种顶燃式热风炉。首先在中国济钢、莱钢和青钢引进并成功应用，而且显示出它特有的优越性。该热风炉在上述企业成功应用预示着该热风炉有很大的应用前景。 卡鲁金热风炉的特殊性在于它的燃烧器，该燃烧器取消了独立的燃烧室，将拱顶作为燃烧空间，能够在有限的燃烧空间内将煤气与空气燃烧完毕。并且它属于短焰燃烧器，火焰长度小于格子砖高度可避免火焰烧坏格子砖。 为了更好地了解卡鲁金热风炉顶燃烧器，本文应用κ-ε-f-g湍流扩散火焰模型对卡鲁金顶燃式热风炉燃烧过程进行了模拟研究。通过计算机模拟得到了热风炉拱顶内气体流场、温度场、浓度场、以及燃烧火焰形态。并对得到的结果进行分析，达到初步了解其燃烧状况。 除此之外，本文在其它条件不变的情况下，对不同气体流速、不同切向夹角以及将第三层径向气流变为切向气流的燃烧过程进行模拟，得到了一些有意义的结论，期望这些结论能够为改善和优化顶燃式热风炉设计服务。

目录

文摘

英文文摘

声明

引 言

1文献综述

1.1蓄热室热风炉的原理和分类

1.1.1热风炉原理

1.1.2热风炉的结构形式

1.2顶燃室热风炉技术现状

1.2.1顶燃式热风炉技术特点

1.2.2顶燃式热风炉炉体结构

1.3顶燃室热风炉研究和发展方向

1.3.1燃气燃烧器概述

1.3.2卡鲁金顶燃式热风炉燃气燃烧器

1.4数值模拟在热风炉燃烧器中研究的应用

1.5本课题的研究目的和研究内容

1.5.1本课题的研究目的

1.5.2本课题的研究内容

2气体湍流燃烧的数学模型

2.1燃烧模型中普遍应用的几个个概念和假设

2.1.1简单化学反应系统

2.1.2守恒量和混合分数

2.1.3守恒量之间的线性关系

2.1.4快速化学反应假设

2.1.5几率密度函数(PDF)

2.2燃烧模型中κ-ε-f-g模型的要点

2.2.1κ-ε-f-g模型的控制方程组

2.2.2火焰面的确定

2.2.3温度场的计算

2.2.4体系中各组分浓度场的计算

2.2.5密度和比热容的计算

3数学模型的确定方法

3.1差分方程的基本知识

3.2几个有用的原则

3.3源项的线性化

3.4有限差分离散方程的建立方法

3.5求解区域的离散化

3.6速度场的交错网格

3.6.1速度场差分方程的建立方式

3.7标量场差分方程的建立方式

3.7.1压力修正方程

3.8边界条件的处理

3.8.1如何引入初始边界条件

3.9 TDMA算法概要

3.10收敛准则和欠松弛的应用

3.11差分方程的求解和程序流程

4卡鲁金热风炉预燃室和拱顶内燃烧过程的数值模拟研究

4.1计算条件

4.2燃烧过程的基本特征

4.2.1流场

4.2.2组分分浓度场的分布

4.2.3混合分数分布和火焰形状

4.2.4温度分布图

4.2.5本节小结

4.3入口气流与径向夹角的改变对燃烧的影响

4.3.1计算条件

4.3.2入口气流与径向央角的改变对火焰形状的影响

4.3.3入口气流与径向央角的改变对回流漩涡的影响

4.3.4切向角度的改变对L/D值的影响

4.3.5本节小结

4.4入口速度的改变对卡鲁会热风炉的影响

4.4.1计算条件

4.4.2入口速度对流场的影响

4.4.3入口速度对火焰的影响

4.4.4本节小结

4.5第三层入口速度改为切向对卡鲁金热风炉的影响

4.5.1计算条件

4.5.2计算结果分析

4.5.3两种模型的比较

4.5.4本节小结

结 论

参考文献

在学研究成果

致 谢