圓形蓄熱式熔鋁爐內(nèi)多場耦合數(shù)值模擬及優(yōu)化.pdf

1、熔鋁爐是鋁熔鑄過程的關(guān)鍵設(shè)備,其熔煉過程也是鋁加工過程中能耗較大的環(huán)節(jié),而爐內(nèi)速度與溫度分布對(duì)熔鋁爐能耗及產(chǎn)品質(zhì)量有重要影響,因此,通過數(shù)值模擬的方法全面了解熔鋁爐內(nèi)熱工過程,對(duì)熔鋁爐的節(jié)能研究及優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重要指導(dǎo)意義。
　　 本研究以圓形蓄熱式熔鋁爐為研究對(duì)象,針對(duì)熔鋁爐的運(yùn)行特點(diǎn),應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型、組分傳輸模型、P-1輻射模型、處理鋁熔化潛熱的等效比熱法,實(shí)現(xiàn)了熔鋁爐內(nèi)非穩(wěn)態(tài)多場耦合數(shù)值模擬。以縮短熔化時(shí)間為目標(biāo),基

2、于正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案對(duì)影響熔鋁爐熱工過程的5個(gè)參數(shù)進(jìn)行了數(shù)值模擬及優(yōu)化研究,并得到相應(yīng)參數(shù)的優(yōu)化值。本文主要結(jié)論如下:
　　 (1)通過實(shí)際生產(chǎn)工況下熔鋁爐內(nèi)煙氣及鋁料溫度的數(shù)值模擬結(jié)果與測試值比較,驗(yàn)證了數(shù)學(xué)物理模型的可靠性。
　　 (2)設(shè)計(jì)工況下爐內(nèi)主流氣體速度較大,傾斜沖擊鋁料表面;爐內(nèi)形成循環(huán)氣流,有利于增強(qiáng)爐內(nèi)換熱。
　　 (3)設(shè)計(jì)工況下爐內(nèi)最高燃燒溫度達(dá)2490K,火焰能到達(dá)鋁料表面,有利于增強(qiáng)與鋁

3、料的換熱;鋁料溫度在同一水平高度分布較為均勻,兩燒嘴夾角位置溫度較低,而扒渣坡處鋁料溫度較高,易產(chǎn)生燒損。
　　 (4)設(shè)計(jì)工況下爐膛平均溫度隨加熱時(shí)間上升較為平緩,溫度在1400K～1500K范圍內(nèi);鋁料平均溫度在前2.5小時(shí)升溫較快,隨后由于熔化吸熱升溫速率逐漸減小;鋁料溫度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差隨加熱時(shí)間呈先增大后減小、再增大的變化規(guī)律,最大相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差為10.9％,出現(xiàn)在加熱開始后1小時(shí)左右。
　　 (5)對(duì)燒嘴高度、燒嘴傾角