天然氣在蓄熱式鍛造加熱爐上的應(yīng)用及模擬

【摘要】：天然氣是一種清潔能源，具有熱值高、燃燒穩(wěn)定、設(shè)備簡易、便于控制以及污染小等優(yōu)點(diǎn)。蓄熱式燃燒技術(shù)具有節(jié)約燃料、提高熱利用率、降低NOx排放量，減小設(shè)備尺寸等優(yōu)點(diǎn)。而我國鍛造加熱爐普遍存在著能源消耗高、環(huán)境污染嚴(yán)重等問題。因此，本文對天然氣在高溫蓄熱式燃燒技術(shù)應(yīng)用時進(jìn)行了數(shù)值模擬，并分析了影響爐膛內(nèi)氣流流動和溫度分布的因素。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下： 1．建立了天然氣蓄熱式鍛造加熱爐三維火焰空問的數(shù)學(xué)模型，模擬了爐膛內(nèi)的溫度、流速、濃度分布情況。 2．針對不同的射流的相對速度、預(yù)熱溫度和夾角進(jìn)行了數(shù)值模擬，結(jié)果表明：天然氣射流和空氣射流的相對速度越小，加熱爐內(nèi)的高溫區(qū)域越大，并且爐膛內(nèi)的平均溫度愈高，爐內(nèi)的溫度均勻性愈好；當(dāng)空氣的預(yù)熱溫度不變時，僅提高天然氣的預(yù)熱溫度，爐內(nèi)的最高溫度和平均溫度還會隨之提高；當(dāng)天然氣和空氣的預(yù)熱溫度都不變時，改變天然氣和空氣射流間的夾角，同樣會改變爐膛內(nèi)的溫度分布情況，爐內(nèi)的最高溫度和出口處的平均溫度幾乎呈線性降低，爐內(nèi)平均溫度成二次曲線變化先增大后減小，并且爐膛內(nèi)的高溫區(qū)越靠近噴口處。 3．同時還對不同的燒嘴噴口間距和安裝高度進(jìn)行了數(shù)值模擬，結(jié)果表明：當(dāng)射流的其它參數(shù)一定時，增大噴口間距，天然氣和空氣更容易擴(kuò)散到整個爐膛進(jìn)行燃燒，相應(yīng)地爐膛內(nèi)的溫度也越均勻，但是若間距太大，射流偏轉(zhuǎn)更大，在爐內(nèi)形成更大的漩渦，使流速分布不均勻，致使平均溫度降低；在燒嘴噴口間距，空氣、天然氣射流流速、噴射方向和溫度不變的前提下，改變燒嘴的安裝高度，對加熱爐爐膛的最高溫度，平均溫度以及煙氣組分的濃度影響不大，但是對加熱鋼坯表面的溫度分布影響很大。 【關(guān)鍵詞】：天然氣 鍛造加熱爐 蓄熱式燃燒技術(shù) 流場 溫度場 濃度場
【學(xué)位授予單位】：西北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號】：TG315.11
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 本論文的主要創(chuàng)新與貢獻(xiàn)7-8
• 目錄8-11
• 第1章 緒論11-23
• 1.1 引言11
• 1.2 鍛造加熱爐現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢11-15
• 1.2.1 國外鍛造加熱爐現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢11-13
• 1.2.2 國內(nèi)鍛造加熱爐現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢13-15
• 1.3 蓄熱式燃燒技術(shù)及在加熱爐上的應(yīng)用15-19
• 1.3.1 蓄熱式燃燒技術(shù)的基本原理16
• 1.3.2 蓄熱式燃燒技術(shù)的特點(diǎn)16-17
• 1.3.3 蓄熱式燃燒技術(shù)在加熱爐上的應(yīng)用17-19
• 1.4 天然氣的特征及在加熱爐上的應(yīng)用19-21
• 1.4.1 天然氣特征和性質(zhì)19
• 1.4.2 天然氣的燃燒特性19-20
• 1.4.3 天然氣燃料的利用及在加熱爐上的應(yīng)用20-21
• 1.5 選題背景及意義21
• 1.6 本文主要研究內(nèi)容21-23
• 第2章 鍛造加熱爐火焰空間數(shù)值模擬的基本原理23-39
• 2.1 引言23
• 2.2 燃燒過程數(shù)值模擬的物理和化學(xué)模型23-31
• 2.2.1 湍流流動模型23-26
• 2.2.2 燃燒模型26-29
• 2.2.3 輻射傳熱模型29-31
• 2.3 NO_x模型31-34
• 2.3.1 NO生成機(jī)理31-34
• 2.3.2 NO_2生成機(jī)理34
• 2.4 FLUENT軟件34-39
• 2.4.1 FLUENT軟件概況34-35
• 2.4.2 FLUENT軟件的原理35-36
• 2.4.3 FLUENT軟件特點(diǎn)36-37
• 2.4.4 FLUENT軟件與爐膛火焰空間的數(shù)值模擬37-39
• 第3章 鍛造加熱爐火焰的三維建模39-45
• 3.1 引言39
• 3.2 建立實(shí)體模型39-42
• 3.2.1 研究對象39-40
• 3.2.2 模型的簡化40
• 3.2.3 建立實(shí)體模型和劃分網(wǎng)格40-42
• 3.3 計(jì)算參數(shù)的設(shè)定及求解布驟42-44
• 3.3.1 邊界條件的設(shè)定42-43
• 3.3.2 設(shè)定物質(zhì)的屬性43
• 3.3.3 求解步驟43-44
• 3.4 本章小結(jié)44-45
• 第4章 燃?xì)鈪?shù)對爐內(nèi)溫度場、流場和濃度場的影響45-64
• 4.1 引言45
• 4.2 天然氣射流和空氣射流的相對速度45-50
• 4.2.1 計(jì)算工況45-46
• 4.2.2 爐內(nèi)溫度分布46-47
• 4.2.3 爐內(nèi)煙氣的濃度分布47-49
• 4.2.4 爐內(nèi)流速的分布49-50
• 4.2.5 結(jié)論50
• 4.3 天然氣的預(yù)熱溫度50-53
• 4.3.1 計(jì)算工況50
• 4.3.2 爐內(nèi)溫度場的分布50-52
• 4.3.3 爐內(nèi)煙氣的濃度分布52-53
• 4.3.4 結(jié)論53
• 4.4 天然氣射流與空氣射流的夾角53-63
• 4.4.1 計(jì)算工況53-54
• 4.4.2 爐內(nèi)溫度分布54-58
• 4.4.3 爐內(nèi)煙氣的濃度分布58-60
• 4.4.4 爐內(nèi)的流速分布60-63
• 4.4.5 小結(jié)63
• 4.5 本章小結(jié)63-64
• 第5章 噴口位置對爐內(nèi)溫度場、流場和濃度場的影響64-77
• 5.1 引言64
• 5.2 噴口間距64-71
• 5.2.1 計(jì)算工況64-65
• 5.2.2 爐內(nèi)溫度分布65-67
• 5.2.3 爐內(nèi)煙氣的濃度分布67-69
• 5.2.4 爐內(nèi)流速分布69-70
• 5.2.5 結(jié)論70-71
• 5.3 噴口安裝高度71-76
• 5.3.1 計(jì)算工況71
• 5.3.2 爐內(nèi)溫度分布71-74
• 5.3.3 爐內(nèi)煙氣的濃度分布74
• 5.3.4 爐內(nèi)流速分布74-76
• 5.3.5 結(jié)論76
• 5.4 本章小結(jié)76-77
• 結(jié)論77-78
• 參考文獻(xiàn)78-82
• 碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文82-83
• 致謝83-84

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