天然气在蓄热式锻造加热炉上的应用及模拟

【摘要】：天然气是一种清洁能源，具有热值高、燃烧稳定、设备简易、便于控制以及污染小等优点。蓄热式燃烧技术具有节约燃料、提高热利用率、降低NOx排放量，减小设备尺寸等优点。而我国锻造加热炉普遍存在着能源消耗高、环境污染严重等问题。因此，本文对天然气在高温蓄热式燃烧技术应用时进行了数值模拟，并分析了影响炉膛内气流流动和温度分布的因素。主要研究内容和结果如下： 1．建立了天然气蓄热式锻造加热炉三维火焰空问的数学模型，模拟了炉膛内的温度、流速、浓度分布情况。 2．针对不同的射流的相对速度、预热温度和夹角进行了数值模拟，结果表明：天然气射流和空气射流的相对速度越小，加热炉内的高温区域越大，并且炉膛内的平均温度愈高，炉内的温度均匀性愈好；当空气的预热温度不变时，仅提高天然气的预热温度，炉内的最高温度和平均温度还会随之提高；当天然气和空气的预热温度都不变时，改变天然气和空气射流间的夹角，同样会改变炉膛内的温度分布情况，炉内的最高温度和出口处的平均温度几乎呈线性降低，炉内平均温度成二次曲线变化先增大后减小，并且炉膛内的高温区越靠近喷口处。 3．同时还对不同的烧嘴喷口间距和安装高度进行了数值模拟，结果表明：当射流的其它参数一定时，增大喷口间距，天然气和空气更容易扩散到整个炉膛进行燃烧，相应地炉膛内的温度也越均匀，但是若间距太大，射流偏转更大，在炉内形成更大的漩涡，使流速分布不均匀，致使平均温度降低；在烧嘴喷口间距，空气、天然气射流流速、喷射方向和温度不变的前提下，改变烧嘴的安装高度，对加热炉炉膛的最高温度，平均温度以及烟气组分的浓度影响不大，但是对加热钢坯表面的温度分布影响很大。 【关键词】：天然气 锻造加热炉 蓄热式燃烧技术 流场 温度场 浓度场
【学位授予单位】：西北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TG315.11
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 本论文的主要创新与贡献7-8
• 目录8-11
• 第1章 绪论11-23
• 1.1 引言11
• 1.2 锻造加热炉现状及发展趋势11-15
• 1.2.1 国外锻造加热炉现状及发展趋势11-13
• 1.2.2 国内锻造加热炉现状及发展趋势13-15
• 1.3 蓄热式燃烧技术及在加热炉上的应用15-19
• 1.3.1 蓄热式燃烧技术的基本原理16
• 1.3.2 蓄热式燃烧技术的特点16-17
• 1.3.3 蓄热式燃烧技术在加热炉上的应用17-19
• 1.4 天然气的特征及在加热炉上的应用19-21
• 1.4.1 天然气特征和性质19
• 1.4.2 天然气的燃烧特性19-20
• 1.4.3 天然气燃料的利用及在加热炉上的应用20-21
• 1.5 选题背景及意义21
• 1.6 本文主要研究内容21-23
• 第2章 锻造加热炉火焰空间数值模拟的基本原理23-39
• 2.1 引言23
• 2.2 燃烧过程数值模拟的物理和化学模型23-31
• 2.2.1 湍流流动模型23-26
• 2.2.2 燃烧模型26-29
• 2.2.3 辐射传热模型29-31
• 2.3 NO_x模型31-34
• 2.3.1 NO生成机理31-34
• 2.3.2 NO_2生成机理34
• 2.4 FLUENT软件34-39
• 2.4.1 FLUENT软件概况34-35
• 2.4.2 FLUENT软件的原理35-36
• 2.4.3 FLUENT软件特点36-37
• 2.4.4 FLUENT软件与炉膛火焰空间的数值模拟37-39
• 第3章 锻造加热炉火焰的三维建模39-45
• 3.1 引言39
• 3.2 建立实体模型39-42
• 3.2.1 研究对象39-40
• 3.2.2 模型的简化40
• 3.2.3 建立实体模型和划分网格40-42
• 3.3 计算参数的设定及求解布骤42-44
• 3.3.1 边界条件的设定42-43
• 3.3.2 设定物质的属性43
• 3.3.3 求解步骤43-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第4章 燃气参数对炉内温度场、流场和浓度场的影响45-64
• 4.1 引言45
• 4.2 天然气射流和空气射流的相对速度45-50
• 4.2.1 计算工况45-46
• 4.2.2 炉内温度分布46-47
• 4.2.3 炉内烟气的浓度分布47-49
• 4.2.4 炉内流速的分布49-50
• 4.2.5 结论50
• 4.3 天然气的预热温度50-53
• 4.3.1 计算工况50
• 4.3.2 炉内温度场的分布50-52
• 4.3.3 炉内烟气的浓度分布52-53
• 4.3.4 结论53
• 4.4 天然气射流与空气射流的夹角53-63
• 4.4.1 计算工况53-54
• 4.4.2 炉内温度分布54-58
• 4.4.3 炉内烟气的浓度分布58-60
• 4.4.4 炉内的流速分布60-63
• 4.4.5 小结63
• 4.5 本章小结63-64
• 第5章 喷口位置对炉内温度场、流场和浓度场的影响64-77
• 5.1 引言64
• 5.2 喷口间距64-71
• 5.2.1 计算工况64-65
• 5.2.2 炉内温度分布65-67
• 5.2.3 炉内烟气的浓度分布67-69
• 5.2.4 炉内流速分布69-70
• 5.2.5 结论70-71
• 5.3 喷口安装高度71-76
• 5.3.1 计算工况71
• 5.3.2 炉内温度分布71-74
• 5.3.3 炉内烟气的浓度分布74
• 5.3.4 炉内流速分布74-76
• 5.3.5 结论76
• 5.4 本章小结76-77
• 结论77-78
• 参考文献78-82
• 硕士学位期间发表的学术论文82-83
• 致谢83-84

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