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步进式加热炉内热工过程的数值模拟

李克文  
【摘要】: 加热炉是钢铁生产过程中不可缺少的重要设备,研究这一工业设备的节能是非常有意义的。加热炉的工作空间较大,合理的烧嘴结构和空间布置是实现高温空气燃烧、确保加热效果的关键。而对这些问题的研究则离不开对加热炉内流动与传热过程的研究。 本文分析了国内外步进式加热炉的发展现状及加热炉和钢坯的数值模拟现状,在总结前人工作的基础上,从燃烧过程的数值分析基础入手,根据燃烧的特点,建立了加热炉内燃料燃烧过程的数值计算模型。借助CFD商业软件FLUENT,考虑流体流动、辐射、燃烧等,对武钢3号步进式加热炉的热工过程进行了三维数值模拟。采用标准的κ-ε双方程模型模拟湍流流动,Species Transport模型模拟燃烧,热力型NOx生成模型(Thermal NO Model)和快速反应型NOx生成模型(Prompt NO Model)对NO进行预测,P-1辐射模型模拟辐射换热。模拟得到了炉内温度场、速度场、以及CO2和NOx污染物的浓度的详细分布。并结合实际现场的试验条件,对影响钢坯加热质量较大的温度场的模拟结果进行了验证试验。计算结果与试验现场实际测量的对应值是接近的,从而说明了数值模拟的可靠性。模拟结果为步进式加热炉的优化设计、优化操作与控制提供了科学的依据。


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