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蓄热式加热炉内流体流动、燃烧与传热的数值模拟

摘 要 本文简述了数值模拟手段对冶金炉热工设备的设计和优化的重要意义，并以某钢厂蓄热式加热炉为对象，按照1:1的比例建立三维物理模型，并利用 - 湍流模型，耦合混合燃烧模型、辐射换热模型以及NOx生成模型对其进行非稳态非稳态数值模拟研究。结果表明：蓄热式加热炉能获得很好的流场、温度场和浓度场分布，满足高质量的钢坯加热需要。 关键词 蓄热式加热炉；非稳态；数值模拟 1 前言 高温空气燃烧技术是最新发展起来的先进燃烧技术，具有高效节能和超低NOX排放等多种优点，又被称为环境协调型燃烧技术。该技术自问世起，立刻受到了西方发达国家的高度重视，其在加热工业中的应用得到迅速推广，取得了举世瞩目的节能环保效益[]。最近几200℃ ±0.10 350℃ ±0.12年，以北京神雾热能技术有限公司为代表的企业单位对该项技术作了创造性的应用和记录发控制装置展，取得了一系列具有独立知识产权的关于蓄热式高温空气燃烧技术的研发成果[]。其中最具代表性的是蓄热式加热炉技术的应用和发展。 加热炉的工作空间较大，合理的AGC aerocomposites最近完成了他们的“CoFusion”项目烧嘴结构和布置是实现蓄热式高温空气燃烧、确保加热效果的关键。以往，燃烧室和工业炉的设计主要靠直观和经验以及大量实验。70年代以来，由于大型计算机以及CFD、计算传热学以及计算燃烧学的迅速发展，目前已能用数学模型和数值计算方法预测三维湍流两相有化学专用座套反应流动，可以预报燃烧室和工业炉中流场、壁面热流、燃烧及污染物排放等各种场的分布细节，有效地提供了进行最优化设计及放大设计的新方法[5]。数学模拟或计算机模拟可大大减少实验所用的人力、物力和财力。 本文通过对国内某钢厂蓄热式加热炉内的流体流动、燃烧与传热过程进行三维非稳态数值模拟研究，得到了一系列符合炉子实际的速度场、温度场和浓度场分布情况。这对进一步优化蓄热式加热炉设计具有十分重要的指导意义，对生产现场烧炉工艺操作参数优化也具有非常重要的意义。 2 物理模型 以采用神雾蓄热式高温空气燃烧技术改造的国内某钢厂的空气-煤气双预热蓄热式加热炉为研究对象，炉膛尺寸为25490×8150×5000mm，该炉采用蓄热室的群合式布置方式，以高炉煤气为燃料。图1为工作原理示意图，喷口对称布置在炉子两侧，两侧的喷口交替进行喷气和排烟，喷口分布情况如图2所示。 A池州A 图1 空气-煤气双预热蓄热式加热炉 图2 喷口分布 高温特性参数达不到指标要求而至工作原理示意图 3 数值模拟 3.1 基本方程 3.1.1 流动模型 对流动过程，采用标准 - 湍流模型，其模型由下述控制方程组（数学表达式）表示。 连续性方程： (1) 动量方程： 武汉白癫风的医院
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