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陶瓷蜂窝体传热及气体流动特性数值模拟研究

张小成  
【摘要】:高温空气燃烧技术(Hish Temperature Air Combustion,简称HTAC)是上世纪90年代兴起的新型燃烧技术,在近年发展很快,已经进入较大规模的应用阶段。采用该技术的工业炉窑可以大幅度提高余热回收率,形成全新燃烧方式,降低NOx排放,在我国有着广阔的应用前景。 本文简述了高温空气燃烧技术的原理、特点和应用情况,回顾了蓄热式热交换技术和热交换理论的发展。陶瓷蜂窝体是高温空气燃烧系统的关键部件之一,本文建立了蜂窝体蓄热室流动与换热过程的三维非稳态数学模型,运用计算流体力学(CFD)软件对陶瓷蜂窝体的工作过程进行了数值模拟,得到了加热期末尾时刻与冷却期末尾时刻蜂窝体内气体的速度、温度、密度和压力分布及一个换向周期内气体出口温度、蜂窝体纵向温度和气体纵向温度的瞬时变化关系。同时对不同蜂窝体结构参数和不同操作参数下的蜂窝体蓄热室工作状况进行对比和分析,研究了温度特性、热回收率和压力损失的变化规律,并对结构参数和操作参数进行优化,找到了确定最佳换向时间的方法。另外还讨论了供风效率和气体偏流等其它因素对蜂窝体热回收率的影响。 本文的工作为采用蜂窝体的高温空气燃烧系统的开发研制和实际应用提供了理论依据和指导,研究成果可作为工程设计的依据。


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