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侧喷退火炉流场与温度场数值模拟研究

王伯长  
【摘要】: 铝板带生产过程中,退火是一道关键工序,退火炉用于铝材的中间及成品退火。随着铝加工技术的发展,铝材产品的规格和产量都在不断地增加,在保证退火产品力学性能和组织结构符合产品标准要求的条件下,如何提高退火炉的性能指标,降低能耗引起了广泛的重视。侧喷加热铝材退火炉的设计与研究对于提高铝材的退火速度、降低能耗有重要意义。炉膛内气体流动与换热状况以及炉温均匀性是影响铝材退火质量和生产效率的关键因素。为了设计出性能优越的侧喷加热铝材退火炉,就必须清楚退火时炉膛内空气流动和温度分布规律,然后采取相应措施,以充分保证炉温的均匀性及各部位物料换热的均匀性,从而提高铝材的退火质量。本文利用CFD软件FLUENT对侧喷加热铝材退火炉内流场和温度场进行了数值模拟研究,主要工作包括: (1)采用热传导模拟实验研究铝卷层与层之间接触热阻对铝材退火的影响,实验结果表明,相对于径向传热方式,轴向传热方式退火速度快、铝卷芯部与外部表面之间的温差小。根据实验结果分析,改变现有径向加热铝材退火炉内循环空气的流动方向,采用轴向对流换热的方式,设计出侧喷加热铝材退火炉。 (2)建立了侧喷加热铝材退火炉三维仿真模型,采用标准κ-ε湍流模型和SIMPLE算法建立了炉内气体流动与换热的数学模型。 (3)利用CFD软件FLUENT,对侧喷加热铝材退火炉内气体流动和传热问题进行了数值模拟研究,得到了炉内流场与温度场分布特征。模拟结果表明:侧喷加热铝材退火炉内气体流动顺畅,炉温升速快,使用相同功率加热时,与传统的径向加热退火炉相比,侧喷加热退火炉内气体温度升高到590℃所需要的时间缩短了15%左右;对流换热均匀,炉温温差控制在±1℃内,能满足退火工艺对炉温均匀性的要求,为侧喷加热铝材退火炉的设计与研究提供了理论依据。 (4)对侧喷加热铝材退火炉内对流换热进行了分析与研究,分析了影响炉内对流换热的因素,得到了循环风机转速和喷嘴直径对炉内对流换热的影响规律。


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