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外燃式热风炉连接管段的数值模拟研究

张文全  
【摘要】:外燃式热风炉的燃烧室独立于蓄热室之外,燃烧室和蓄热室通过拱顶特殊结构的连接管相连接,其独特的结构特点决定了连接管段是整个外燃式热风炉结构中的薄弱环节,其稳定性将直接影响到热风炉的使用寿命,因此本文以鞍钢新4号高炉的一座外燃式热风炉为研究对象,利用FLUENT和ANSYS软件各自的计算优势,分别对热风炉在实际送风工况下的炉内与连接管段的流场、温度场以及应力分布进行数值模拟,为了模拟计算能够得以实现,假定连接管段为一整体模型,这样既便于模拟计算也使模拟结果最大限度的贴近实际。 鞍钢新4号高炉的炉容为2580m3,外燃式热风炉的燃烧室直径为5.46m,蓄热室直径为8.584m,蓄热室高度为26m,热风炉总高度为46.639m。以实际炉体积参数建立了物理计算模型,送风量为5500m3/min。首先应用FLUENT软件计算送风过程中热风炉内流场和温度场的分布情况,获得蓄热室及燃烧室拱顶和连接管段的温度数值,导出连接管段外侧的节点温度值,将其作为应力计算中模型的内壁温度条件。然后应用ANSYS软件对拱顶及连接管段的壁层进行更加细化的温度分布计算,由此可以得出各耐火层的受热及温度向外扩散的情况。最后在此基础上进行热风炉炉壁结构的应力模拟计算,从而获得外燃式热风炉的拱顶与连接管段的连接处是外燃式热风炉的受力集中区域,应力最大值分布在右侧管段与拱顶的连接处,最大值为238MPa,而其它位置的应力只有30~60 MPa。另外,温度差最大值也在连接处,不过差值不是很大。 数值计算结果表明,外燃式热风炉的连接管段的连接处是应力集中的要害部位,该预测参数对于今后的外燃式热风炉优化安全设计与施工具有很好的参考价值。


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