燃气比变化对燃天然气单元玻璃熔窑火焰空间速度场和温度场影响的三维数值模拟研究

摘要

本文系统地介绍了有关湍流流动和燃烧的数学模型及这些模型常用的求解方法，阐述了国内外玻璃熔窑火焰空间中燃烧过程研究方法的发展，在综合单元玻璃熔窑理论和实际作业过程的基础上，建立了具有实用意义的燃天然气单元玻璃熔窑火焰空间的三维数学模型，包括气相流动、化学反应和辐射传热模型。其中气相流动以流体力学中的连续性方程，动量方程，湍流模型方程和能量方程为基础，使用标准k-ε模型，化学反应使用有限反应速率/涡耗散模型，辐射传热使用离散坐标模型。 研究过程使用Gambit软件进行网格划分；使用Fluent软件计算求解；使用Tecplot软件将数值模拟得到的计算结果用图像表述出来，从而更为直观地表现出火焰空间的速度场和温度场分布，实现计算结果的可视化。 本课题结合实例研究了年产7200t燃天然气单元玻璃熔窑内火焰空间的气体的流动情况和温度分布情况，通过改变五对喷嘴的燃气比例，分析不同燃气比例下火焰空间温度场和气流场的变化以及对配合料熔化和玻璃液澄清的影响。从结果上看，燃气比的改变对温度场有较明显的影响，对气流场也有一定的影响。当五对喷嘴燃气比分别为18％，20.5％，22.5％，23％，16％时火焰空间温度场分布最为合理。从模拟图像可以看出，该三维数学模型能够比较客观的反映燃天然气单元玻璃熔窑火焰空间的速度场和温度场的分布规律，对天然气燃烧技术发展具有较大的实用价值。同时，三维数值图像模拟技术由于具有直观、明了地表示数值计算的结果等优点，在玻璃熔制过程的研究中，具有广阔的应用前景。

目录

文摘

英文文摘

前言

第一章文献综述

§1.1单元窑的发展与特点

§1.1.1单元窑概述

§1.1.2国外单元窑的发展情况

§1.1.3国内单元窑的发展情况

§1.1.4“E”玻璃单元窑简介

§1.2天然气的特点及燃烧性能

§1.3燃天然气窑炉技术要点

§1.3.1天然气的输送和供应

§1.3.2自增碳技术简介

§1.3.3燃烧器的选择与安装

§1.3.4安全使用天然气的要点

§1.4窑炉燃烧过程的基本方程

§1.4.1湍流流动模型

§1.4.2控制微分方程

§1.4.3火焰传热过程的基本方程

§1.4.4气相燃烧模型

§1.5数学模拟技术在玻璃熔窑上的应用

§1.5.1玻璃熔窑数学模拟技术的发展

§1.5.2数值模拟的步骤

§1.5.3玻璃熔窑燃烧过程模拟的研究进展

§1.6本课题的任务和意义

第二章燃天然气火焰空间的三维数学模型

§2.1火焰空间三维模型的建立

§2.2 k-ε湍流流动模型

§2.3燃烧反应模型

§2.4辐射传热模型

§2.4.1辐射传热模型概述

§2.4.2离散坐标辐射模型

§2.4.3灰气体加权平均模型

第三章数学模型的求解方法与步骤

§3.1数学模型的求解方法

§3.2课题研究对象

§3.3数学模型的求解步骤

§3.3.1设定数学模型

§3.3.2建立实体模型和划分网格

§3.3.3选择求解器与设定物质属性

§3.3.4定义边界条件

§3.3.5设定控制参数、初始化及迭代计算

第四章玻璃窑炉模拟结果及分析

§4.1模拟结果及分析

§4.1.1方案1数值模拟及分析1

§4.1.1方案1数值模拟及分析2

§4.1.2方案2数值模拟及分析1

§4.1.2方案2数值模拟及分析2

§4.1.3方案3数值模拟及分析1

§4.1.3方案3数值模拟及分析2

§4.1.4方案4数值模拟及分析1

§4.1.4方案4数值模拟及分析2

§4.1.5方案5数值模拟及分析1

§4.1.5方案5数值模拟及分析2

§4.1.6方案6数值模拟及分析1

§4.1.6方案6数值模拟及分析2

§4.2燃天然气窑炉火焰空间的设计

结论

参考文献

致谢

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